JP2004239700A - Temperature sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized temperature sensor of high resistance value which has superior response and low consumption power. <P>SOLUTION: The temperature sensor is provided with a sheet-like substrate 110 composed of zirconia which has a linear expansion coefficient approximate to Ni, and a temperature detecting element 100 which is formed on a plane of the substrate 110 and constituted of a circuit pattern 120 of an Ni foil (or Pt foil). Since a zirconia substrate of little brittleness is acted among ceramicses as the substrate of the element 100, thickness can be reduced as compared with other ceramic substrates. As a result, the heat capacity of a temperature sensor itself becomes small, so that the small-sized temperature sensor of high resistance value which has superior response and low consumption power can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は温度センサに関し、さらに詳しくは小型化と高抵抗値化を図ると共に測定精度等を向上させた温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体市場やナノ・マイクロマシン市場においては、パターン幅を極狭とする超微細加工（ナノ・マイクロマシン）が急激に進行しており、温度制御の高精度化がますます進行している。
【０００３】
そして、その高精度な温度制御のために、温度センサをますます小型化すると共に温度センサ自体の高速応答性が求められている。なお、ここでいう高精度とは、初期の特性誤差が小さいだけでなく経時的なドリフトが小さく長期に亘って抵抗値の変化（ドリフト）が無いことも意味し、温度センサにその特性も求められている。
【０００４】
一方、これまでの半導体製造装置等に用いられている従来のＰｔ抵抗体式温度センサは、抵抗温度係数が大きいＰｔ（白金）を抵抗線として用い、このＰｔ抵抗線を細長いガラス管に巻回して保護管内に収納していた。しかしながら、このような巻き線タイプで抵抗値が低い従来型Ｐｔ抵抗体式温度センサは抵抗値が通常１００Ω程度と低いため、微小な温度変化を測定する場合は大きな電流を供給する必要があった。これに伴い自己発熱による熱的影響が大きくなるため、高精度な測定ができなかった。また、中継用接続線の抵抗値がＰｔ温度検出素子の温度特性や抵抗値に追加され、特性のばらつきや温度精度の低下の原因になっていた。更に、Ｐｔ抵抗線と保護管との絶縁を図るために絶縁チューブを用いているため保護管の外径が一層大きくなり、温度変化に対して感度（レスボンス）が低下していた。
【０００５】
このような問題を解決した温度変化に対するレスボンスを向上させた温度センサとして、アルミナ等のセラミック基板と、このセラミック基板の表面に形成された金属箔抵抗体からなる温度センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
かかる温度センサは素子ユニットと、この素子ユニットが組み込まれる金属パイプで構成されている。
【０００７】
素子ユニットは、温度検出素子と、この温度検出素子を先端部に備えたフレキシブルプリント基板と、温度検出素子及びフレキシブルプリント基板の双方を完全に収容する細長い保護管と、外部リード線と、この外部リード線とフレキシブルプリント基板を電気的に接続すると共に保護管を気密に封止するハーメチックシール部品を備えている。
【０００８】
温度検出素子は、アルミナ等のセラミック基板と、このセラミック基板の表面に形成された金属箔抵抗体とで構成されている。なお、アルミナ等のセラミック基板は、例えば幅が０．８ｍｍ、長さが１０ｍｍ、厚さが０．４ｍｍ程度の薄くて細長い板状に形成されている。
【０００９】
また、金属箔抵抗体はＮｉ、Ｐｔ等の材料を接着し、所定のパターンにエッチングすることにより形成されている。そして、金属箔抵抗体は絶縁膜によって覆われている。金属箔抵抗体は、線幅が約１０μｍ程度で、抵抗値が約１０００Ωである。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２８６５５５号公報（第３−５頁、図１）
【発明が解決しようとする課題】
半導体製造工程においてマスクパターンごとの焼き付けは多工程からなる。また、半導体製造装置は上述の通り一般に温度管理が厳しく、例えば温度上昇が０．０１°Ｃ生じて温度差が大きくなると、ウエハ全体を均一な温度に保てなくなり製品の歩留まりが悪くなる。具体的には、できあがった製品の回路パターン幅及び回路パターン間隔が大きくなったり小さくなったりして設計値通りにならなくなる。その結果、回路パターンの抵抗値が大きくなったり小さくなったり、更には回路パターン同士がショートしたり回路パターン自体が断線し易くなったりする。
【００１１】
そのため、制御対象物自体の温度変化をいち早く検知することが要求される。従って、巻き線タイプのＰｔ抵抗体式温度センサに較べて十分なレスポンス性を有していた現行型温度検出素子、即ちアルミナ基板に金属箔抵抗体を備えた温度検出素子よりも更にレスポンスの良い温度センサを温度制御に際して使用するとより好ましい。
【００１２】
これに対して効果的な方策は温度センサ自体の熱容量を小さくすることである。アルミナ基板に金属箔抵抗体を備えた温度検出素子の基板厚さを薄くすればこれを達成できるが、アルミナ等のセラミックは一般に脆性材料であるのである程度の外力が作用することでいきなり割れてしまう性質を有する。そのため、例えばアルミナ等のセラミック基板の厚さを薄くしただけでは製造中に破損し易く、製造するのが非常に困難である。また、実際に製品化した場合であっても使用中にすぐに破損してしまい、長期間の使用に適さない。
【００１３】
また、プラスチックフィルム上に金属箔の抵抗パターンを形成してこれを温度測定すべき雰囲気中に露出させる構成も考えられる。しかしながら、このような温度センサは熱容量が小さいが雰囲気中で自立することが無く雰囲気内の気体の流れに応じて交互に折れ曲がったりするので、Ｎｉ箔やＰｔ箔に過度の応力が生じて抵抗値が変化し、温度変化が無いにも係わらず温度変化したのと同等の信号が発生し、制御特性が悪くなる。
【００１４】
一方、上述した温度センサを薄型化（低熱容量化）するに当たって、かかる温度センサの使用時における問題に加えて以下のような製造時の問題も生じる。
【００１５】
アルミナ等のセラミック基板は線膨張係数が様々なものがある。また、薄型化したセラミック基板上にＮｉ箔やＰｔ箔を接着剤で接着しようとすると、接着剤を１００°Ｃ〜２００°Ｃで硬化させなければならない。従って、セラミック基板とＮｉ箔やＰｔ箔の線膨張係数が合致していないとセラミック基板自体が反ってしまう。かかるセラミック基板の反りに伴いＮｉ箔やＰｔ箔に応力が発生する。そして経時的なこの応力緩和に伴い抵抗値がドリフトする。そのため、正確な温度測定ができなくなり、制御特性が悪くなる。
【００１６】
本発明の目的は、上記した従来の問題を解決するためにレスポンスの良い小型かつ高抵抗値で低消費電力の温度センサを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の温度センサは、ジルコニアからなる板状の基板と、当該基板の平面上に形成されたＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを備えたことを特徴としている。
【００１８】
温度センサの基板がセラミックのうちでじん性材料のジルコニア基板を使用しているので、他のセラミック基板に較べて厚さを薄くでき、これに応じて温度センサの熱容量も小さくできる。従って、レスポンスの良い温度測定が可能となる。また、回路パターンが形成されるジルコニア基板にＮｉやＰｔと線膨張係数が近似したジルコニアを使用しているので、ジルコニア基板自体を薄くしても当該基板とＮｉ箔やＰｔ箔の回路パターンとの線膨張係数の違いに基づく基板自体の反りを生じ難い。その為、Ｎｉ箔やＰｔ箔の回路パターンに応力が発生し難く設計通りの抵抗値を得ることができるので、精度の良い温度測定が可能となる。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載の温度センサは、請求項１に記載の温度センサにおいて、ジルコニアからなる板状の基板は、一端を片持ち梁状に水平に支持した場合、他端に外力が作用することで撓む可撓性を有すると共に、当該基板に外力が作用しない場合に他端が自重で垂れ下がることのない自立性を有することを特徴としている。
【００２０】
ジルコニアからなる板状基板は適度な範囲の可撓性を有しているので、測定雰囲気中の気体の流れによって撓み過ぎて回路パターンの内部に応力が加わって抵抗値が変化することが無い。また、気体の流れから交番荷重を受けた場合に基板自体が全く撓まないことに起因して基板自体が破損するようなこともない。そのため、長期に亘って安定した温度測定を可能とする。
【００２１】
また、本発明の請求項３に記載の温度センサは、請求項１及び請求項２に記載の温度センサにおいて、Ｎｉ箔の回路パターン又はＰｔ箔の回路パターンの形成されたジルコニアからなる板状基板の回路パターン形成面に当該基板に対応する大きさを有しかつ当該基板と同等の線膨張係数を備えたジルコニアからなる基板を貼り合せたことを特徴としている。
【００２２】
回路パターンの形成された基板に反りが生じそうになっても、この基板の回路パターン形成面に当該基板と同等の線膨張係数を備えたジルコニアからなる基板を貼り合わせることで基板同士の反りを相殺して、基板の反りが発生するのを回避する。そのため、回路パターンを設計通りの抵抗値とすることができ、精度の高い温度測定を可能とする。また、回路パターンを外部雰囲気から保護して耐環境性に優れた温度センサとする。また、基板同士を貼り合わせているので耐環境性に優れ、その結果、基板収容用の保護管が必要なくなり、応答性が向上する。
【００２３】
また、本発明の請求項４に記載の温度センサは、請求項１及び請求項２に記載の温度センサにおいて、ジルコニアからなる板状基板のＮｉ箔の回路パターン又はＰｔ箔の回路パターンの形成された面を樹脂コーティングしたことを特徴としている。
【００２４】
回路パターンを樹脂コーティングすることで耐環境性を有するようになるので、基板自体を保護管で覆う必要が無く、測定すべき雰囲気中に回路パターンの形成された基板を直接露出させることができる。これによって熱容量を小さくして更にレスポンスの良い温度測定が可能となる。また、測定対象物が曲面形状を有していても、ジルコニア基板の可撓性を利用してその曲面に当該基板を密着させることができ、精度の良い温度検出を可能とする。
【００２５】
また、本発明の請求項５に記載の温度センサは、請求項１乃至請求項４に記載の温度センサにおいて、ジルコニアからなる板状基板にはＮｉ箔の回路パターン又はＰｔ箔の回路パターンからの信号を取り出すためのリードパターンも一体に形成されていることを特徴としている。
【００２６】
回路パターンからの信号を取り出すリードパターンも同一のジルコニア基板に回路パターンと連続して形成することで、リードパターンの形成されたフレキシブル基板と回路パターンの形成されたジルコニア基板との接続作業を省略でき、製造効率を上げることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態にかかる温度センサ１を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
なお、以下の実施形態においては、基板としてＮｉ（ニッケル）と線膨張係数の近似したジルコニアを使用し、このジルコニア基板上にＮｉ箔を抵抗パターンとして形成するが、同様に基板としてＰｔ（白金）と線膨張係数の近似したジルコニアを使用し、このジルコニア基板上にＰｔ箔を抵抗パターンとして形成しても良い。
【００２９】
また、以下の説明ではジルコニア基板の厚さは５０μｍとして記載しているが、必ずしもこれに限定されず、例えば厚さ５０μｍ〜１００μｍの範囲であれば本発明の作用を生じせしめるのに好適な範囲と言える。
【００３０】
また、各温度センサに対して以下に説明する様々なタイプの温度検出素子が適用可能であることは言うまでもない。
【００３１】
本発明の第１の実施形態にかかる温度センサ１は、図１に示すように温度検出素子が測定雰囲気中に突出したタイプの温度センサであって、温度検出素子１００と、温度検出素子１００に接続されたフレキシブルプリント基板１０と、温度検出素子１００の基端部１００ａを保持すると共にフレキシブルプリント基板１０を収容する細長い保護管２０を備えている。また、フレキシブルプリント基板１０は端子５１を介して外部リード線３０に電気的に接続されている。そして、保護管２０には外部リード線３０とフレキシブルプリント基板１０を電気的に接続すると共に保護管２０を気密に封止するハーメチックシール部品５０が備わっている。なお、このハーメチックシール部品５０は本発明の必須要件ではなく必ずしも必要とするものではない。
【００３２】
温度検出素子１００は、図３に示すように厚さ５０μｍ程度の極薄のジルコニアからなるベース基板１１０にＮｉ箔を接着してＮｉ箔抵抗パターン１２０を形成した後、同じく厚さ５０μｍ程度の極薄のジルコニアからなるカバー基板１３０をベース基板１１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被せるように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０を挟み込んで構成されている。
【００３３】
なお、ジルコニアからなるベース基板１１０は、幅が０．８ｍｍ、長さが１０ｍｍ、厚さが５０μｍ程度の極薄で細長いシート状に形成されており、その線膨張係数はＮｉと同等の線膨張係数を有している。
【００３４】
また、ベース基板１１０上に形成されたＮｉ箔抵抗パターン１２０は、図２に示すようにベース基板１１０の表面にＮｉを接着し、周知のフォトエッチング技術によって所定のパターンにエッチングすることで蛇行状に形成されたＮｉ箔抵抗パターンである。また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の両端には電極パッド部１２１ａ〜１２１ｄがそれぞれ２つずつ並列に形成されている。そして、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０は樹脂の絶縁膜によって覆われている。
【００３５】
一方、同じくジルコニアからなり、ベース基板１１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被着されるカバー基板１３０はベース基板１１０と同等の幅及び厚さを有し、長さがベース基板上の電極パッド部１２０が露出する程度の全長を有している。また、カバー基板１３０を構成するジルコニアはＮｉと同等の線膨張係数を有している。なお、ベース基板１１０とカバー基板１３０とは接着剤でしっかりとくっ付いている。
【００３６】
最初に記載したようにベース基板１１０とカバー基板１２０の板厚は５０μｍから１００μｍの範囲内であれば後述するように十分な可撓性と自立性を有しつつ、熱容量を小さくできるので好適な範囲内と言える。従って、両基板がほぼ同じ板厚であれば５０μｍに限定されることはない。
【００３７】
カバー基板１３０は上述の通りベース基板１１０よりも全長が若干短く、電極パッド部１２１を覆わないようになっている。そして、カバー基板１３０で覆われない電極パッド部１２１からは、配線付きのフレキシブルプリント基板１０（図１参照）を介して信号を取り出すようになっている。なお、電極パッド部１２１は、金メッキ、はんだメッキ、銀メッキ等ではんだ付けやワイヤボンドが容易になるように処理しておくのが好ましい。
【００３８】
Ｎｉ箔は非常に安定な材料であるが、使用環境により僅かに少しずつ腐食して出力値がドリフトする原因になる。従って、カバー基板１３０及び接着剤によりベース基板上のＮｉ箔抵抗パターン１２０が外部雰囲気に直接触れることを防止し、耐環境性を高めている。
【００３９】
また、カバー基板１３０は、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の形成されたベース基板１１０が接着剤とＮｉ箔の応力により変形して反るのを防止する役目も果たしている。
【００４０】
続いて、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０について詳述する。
【００４１】
Ｎｉ箔抵抗パターン１２０は、図２に示すように抵抗パターン自体がベース基板１１０の長手方向に対して直角方向に並んだ抵抗パターンとして形成されている。なお、上述の通りベース基板１１０を構成するジルコニアの線膨張係数とＮｉ箔の線膨張係数とはアルミナ基板の線膨張係数に較べて近似している。しかしながら、これが仮に若干異なっていてもＮｉ箔抵抗パターン１２０は殆どがベース基板１１０の幅方向に形成されているので、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０とベース基板１１０による僅かな膨張収縮差がベース基板１１０の曲がり方向に影響を与えることなくベース基板１１０の反りを確実に防止する。従って、ベース基板１１０の反りに伴うＮｉ箔の抵抗値変化を防止することができる。
【００４２】
なお、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０は、線幅が約１０μｍ程度で、抵抗値が約１０００Ωである。また、電極パッド部１２１は、ベース基板１１０の一端部に形成されている。
【００４３】
また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０はフォトエッチングでそのパターンを作成することができるので、所望の抵抗値を有する抵抗体を自由に製作することができる。即ち、パターン幅を細くすれば抵抗値を高くすることができ、フォトエッチングの限界はあるが巻線タイプのＰｔ抵抗線の比ではない。従って、微小なベース基板１１０上に抵抗値が１０００Ω以上の抵抗体を製作することが可能である。また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の形成はＰｔ抵抗線に比べて比較的容易で、高抵抗値にも拘わらず温度検出素子１００自体を細長い帯状に形成することができる。従って、温度検出素子１００の端部を保持する保護管２０の小径パイプ２１を直径１．０ｍｍ以下に小径化することができるという性質を失っていない。従って、温度センサ１自体も小型化するという性質を失っていない。
【００４４】
また、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の抵抗値は１０００Ωと高いので、従来の巻き線型Ｐｔ温度センサに比べて低電流で発熱量が少なく、微小な温度変化を高精度に検出することができる。
【００４５】
なお、ジルコニアはアルミナ等他のセラミックに較べて十分なじん性を有しているので、このように極薄の基板であっても外力の作用に応じて十分変形する可撓性を有すると共に、一端を片持ち梁状に水平に支持した場合に他端が自立して垂れ下がることのない程度の自立性を有している。従って、幅が０．８ｍｍ、長さが１０ｍｍであって厚さ５０μｍ程度のジルコニアからなる極薄のベース基板１１０であっても、カバー基板１３０と重ね合わせることで、測定すべき雰囲気中に片持ち梁状に突出させることができ、かつその状態を維持して気体の流れによって折れたり自重で垂れ下がったりして温度測定に支障をきたすことは無い。
【００４６】
即ち、温度検出素子１００を保護管２０の端部から片持ち梁状に突出させた場合、プラスチックフィルム上に抵抗パターンを形成した場合のように測定雰囲気中の気体の流れによって撓み過ぎることで回路パターンに応力が発生して抵抗値が変化することが無い。また、アルミナ基板のように気体の流れから交番荷重を受けた場合に基板自体が全く撓まないことに起因して基板自体が破損するようなこともない。
【００４７】
また、温度検出素子１００を構成する基板が５０μｍから１００μｍ程の極薄タイプの基板であるので、熱容量が小さく周囲雰囲気の温度変化に迅速に対応し、レスポンスの良い温度測定が可能となる。
【００４８】
一方、フレキシブルプリント基板１０は、図４に示すようにベース基板１１０と略同一幅の薄く細長い帯状に形成された適度な弾性（ばね性）を有するポリイミド等でできた本体１１と、本体１１の基端部に一体に設けられた円形（又は角形）の接続部１２とで構成されている。本体１１の表面には４本の回路パターン１５（１５ａ〜１５ｄ）が平行に形成され、その先端には電極パッド部１６（１６ａ〜１６ｄ）がＮｉ箔抵抗パターン１２０の電極パッド部１２１に対応してそれぞれ形成されている。即ち、回路パターン１５ａ，１５ｂの電極パッド部１６ａ，１６ｂは、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の電極パッド部１２１ａ，１２１ｂにそれぞれ対応し、回路パターン１５ｃ，１５ｄの電極パッド部１６ｃ，１６ｄは、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０の電極パッド部１２１ｃ，１２１ｄにそれぞれ対応するように形成されている。
【００４９】
また、４本の回路パターン１５のうち、例えば外側２本の回路パターン１５ａ，１５ｄはＮｉ箔抵抗パターン１２０に電流を供給する電流線として用いられ、内側２本の回路パターン１５ｂ，１５ｃはＮｉ箔抵抗パターン１２０に通電したときの電圧を検出する信号検出線として用いられる。
【００５０】
一方、各回路パターン１５の基端側にはランド部１７がそれぞれ形成されている。これらのランド部１７は接続部１２の表面に形成されており、その中央にはハーメチックシール部品５０の端子５１が挿通される挿通孔１２ａがそれぞれ形成されている。なお、回路パターン１５、電極パッド部１６及びランド部１７は、プリント基板成形技術によって同時に形成される。
【００５１】
また、フレキシブルプリント基板１０の回路パターン１５と温度検出素子１００のＮｉ箔抵抗パターン１２０とは公知のバンプ接合によって互いに電気的に接続される。なお、この両者の接合をバンプ接合の変わりにワイヤボンディングなどの他の方法で行なっても良い。
【００５２】
一方、図１に示す外部リード線３０は４本（図１においては２本のみを示す）からなり、そのうちの２本が電流線用として用いられ残り２本が信号検出線用として用いられ、ハーメチックシール部品５０の端子５１にそれぞれ接続されている。また、外部リード線３０と端子５１ははんだ３１によって接続され、その接続部が合成樹脂３２によって封止され補強されている。なお、この合成樹脂３２は必ずしも必要ではない。
【００５３】
ハーメチックシール部品５０は、４本からなる端子（リード線）５１と両端開放の管状に形成されたコバール等の金属リング５２と、金属リング５２内に端子５１を封着する封着用ガラス５３とで構成されている。
【００５４】
かかるハーメチックシール部品５０は保護管２１に直接圧入されるが、金属パイプ５２の外周面をはんだや金でメッキしておくと保護管２０をより一層高い気密性をもって封止することができ、封止の信頼性を高めることができる。
【００５５】
保護管２０は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等によって形成された先端小径部と基端大径部が組み合わされた段付き円筒形状を有している。即ち、先端側に温度検出素子１００の基端部１００ａが挿入された細長い小径パイプ２１と、小径パイプ２１の基端部に嵌装されてロー付けや溶接等によって接合された大径パイプ２２とで構成されている。小径パイプ２１は、例えば外径が１．０ｍｍ、内径が０．９ｍｍ、長さが３０ｍｍ程度で、内部に温度検出素子１００の基端部１００ａとフレキシブルプリント基板１０が組み込まれている。大径パイプ２２は、外径が金属パイプ６０の内径と略等しくなっている。また、小径パイプ先端部の温度検出素子基端部周囲はシリコン樹脂Ｐでポッティングされ、液密にシールされている。なお、シリコン樹脂の代わりにエポキシ樹脂等の樹脂Ｐで充填しても良い。
【００５６】
なお、金属パイプ６０の後端部には外部ケーブル７０が挿入されている。
【００５７】
ハーメチックシール部品５０の大径パイプ２２に対する固定方法としては、圧入の他にプロジェクション溶接やロー付けなどもあるが、圧入の場合は、設備として小さなハンドプレスのみを用意するだけでよく、また作業も簡単である。また、室内や乾燥空気などあまり環境が厳しくない環境下で温度を計測する場合は、圧入のみで十分である。
【００５８】
温度検出素子１００を備えた温度センサ１の最後の説明として温度検出素子１００及び温度センサ１の製造工程について説明する。この製造工程は以下の手順からなる。
▲１▼ 厚さ５０μｍ〜１００μｍの範囲のジルコニア基板（上述の実施形態の場合、厚さ５０μｍのジルコニア基板）に約３μｍの厚さのＮｉ箔をエポキシ樹脂やシリコン樹脂等で接着する。
【００５９】
なお、温度検出素子を後述するように曲げて使用する場合、接着剤として、弾力性のあるシリコン系やゴム系を使用する場合もある。
【００６０】
また、ジルコニア基板の厚さを５０μｍから１００μｍとする場合、極薄タイプのジルコニア基板となるので、ハンドリングを容易にするために厚みのあるダミー基板を接着するのが好ましい。
▲２▼ エッチング液にてジルコニア基板上のＮｉ箔を約２μｍの厚さにエッチングする。なお、エッチングはウエットエッチング、ドライエッチングの何れでも良い。
▲３▼ フォトリソグラフィ法にて所望のＮｉ箔抵抗パターンを製作する。
▲４▼ 電極部に金メッキする。
▲５▼ Ｎｉ箔抵抗パターン上に保護膜を塗布する。
▲６▼ レーザートリミングし、抵抗値を１０００Ωに合わせる。
▲７▼ 上述した厚さ５０〜１００μｍのカバー側のジルコニア基板をベース側のジルコニア基板に接着剤にて接着する。
▲８▼ ダミー基板をくっ付けていた場合はダミー基板とジルコニアベース基板との間の接着剤を剥がしてダミー基板を取り除く。
▲９▼ 貼り合せたジルコニア基板を適当な長さに切断し、温度検出素子１００の製作を終了する。
【００６１】
このようにして製作された温度検出素子１００に上述した手順でフレキシブルプリント基板１０やハーメチックシール部品５０を接続し、これらを保護管２０に取り付けて適所にポッティング用樹脂Ｐを充填して本実施形態にかかる温度センサ１に組み立てる。このように組み立てられた温度センサ１は一部上述したように以下の特徴を有する。
【００６２】
まず、温度センサ１が極薄タイプの温度検出素子１００を有するため、熱容量が小さくて検出温度の変化に対してレスポンスが良い。
【００６３】
また、温度センサ１が貼り合わせタイプの温度検出素子１００を有するので、温度検出素子１００の反りが回避され、これに伴いＮｉ箔抵抗パターン１２０に応力が生ぜず、特性が安定している。また、温度検出素子１００が貼り合わせタイプでＮｉ箔抵抗パターン１２０が温度センサ１の外部雰囲気から遮断されているので、耐環境性に優れている。
【００６４】
なお、本実施形態にかかる温度検出素子１００は上述したように厚さが５０μｍのジルコニア基板同士を重ね合わせていたが、この厚さに限定されることなく、例えば幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度であって同一厚さのジルコニア基板を貼り合わせる場合、この厚さの範囲であるならば温度検出素子自体の熱容量を小さく保ちながら十分な可撓性及び自立性を有し、かつ耐衝撃性も有する温度検出素子とすることができる。これによって温度センサの精度を向上させると共に応答性を向上させることが可能となる。なお、この場合に使用するジルコニアはＮｉと線膨張係数が近似していることは上述の通りである。
【００６５】
また、Ｎｉ箔の抵抗パターン１２０は上述のように蛇行タイプではなく、図５に示すようにベース基板１１０の長手方向にＮｉ箔を形成したタイプの抵抗パターン１５０であっても良い。なお、この場合であっても、図面には明確に示されていないがトリミングにより所望の抵抗値（例えば１０００Ω）に調整することを必要とする。
【００６６】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第２実施例の温度検出素子２００について説明する。この温度検出素子は、第１実施例にかかる温度検出素子１００と基本的構成が共通する。即ち、第２実施例にかかる温度検出素子２００は、図６に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のベース基板２１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン２２０を作成後、ベース基板２１０と同等の幅、長さを有し、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアでできた極薄のカバー基板２３０をベース基板２１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン２２０を挟み込んでなる温度検出素子である。なお、ベース基板２１０及びカバー基板２３０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００６７】
一方、本実施例の温度検出素子２００は第１実施例の温度検出素子１００と異なり、ジルコニアからなる極薄のカバー基板２３０がベース基板２１０と同等の大きさを有しており、カバー基板２３０の一側端部であってベース基板２１０の電極パッド部に対応する位置に電極取り出し孔２３１ａ〜２３１ｄが形成され、電極取り出し孔２３１ａ〜２３１ｄを介して外部リード線を取り出す特有の構造を有している。
【００６８】
第１の実施例にかかる温度検出素子１００と異なり、ベース基板２１０の電極パッド部２２１までカバー基板２３０で覆われているので、Ｎｉ箔抵抗パターン２２０が電極パッド部２２１とカバー基板２３０とでしっかりと保護されて外部雰囲気から確実に遮断されている。その結果、第１実施例の温度検出素子１００に較べて耐環境特性がより向上する。また、電極パッド部２２１のはんだが電極取り出し孔２３１により分離されているので、ショートすることなく接合しやすい。
【００６９】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第３実施例の温度検出素子３００について説明する。この温度検出素子３００は第２実施例の温度検出素子２００と基本的構成が共通する。即ち、温度検出素子３００は図７に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のベース基板３１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン３２０を形成後、５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のカバー基板３３０をベース基板３１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被せるように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン３２０を挟み込んでなる温度検出素子である。なお、ベース基板３１０及びカバー基板３３０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００７０】
しかしながら、第３実施例にかかる温度検出素子３００は第２実施例にかかる温度検出素子２００と異なり、カバー基板３３０の内側に凹部３３０ａを設け、ベース基板３１０のＮｉ箔抵抗パターン３２０がカバー基板３３０に接着しない構造をとっている。
【００７１】
第１実施例及び第２実施例にかかる温度検出素子１００（２００）のように、平板状のカバー基板１３０（２３０）をベース基板１１０（２１０）にそのまま接合すると、接着剤が硬化した後に若干の収縮が生じる。これによって、ベース基板のＮｉ箔抵抗パターン１２０（２２０）とカバー基板１３０（２３０）の表面が接触し、その上、カバー基板１３０（２３０）がベース基板１１０（２１０）を押圧する。そのため、カバー基板１３０（２３０）の応力がベース基板のＮｉ箔抵抗パターン１２０（２２０）に直接加わり、Ｎｉ箔抵抗パターン１２０（２２０）にも応力が発生して僅かながら出力の経時的なドリフトを生じる可能性がある。
【００７２】
しかしながら、本実施例にかかる温度検出素子３００は、カバー基板３３０に凹部３３０ａが形成されることでベース基板のＮｉ箔抵抗パターン３２０がカバー基板３３０と接触しないようになっている。そのため、第１実施例又は第２実施例の温度検出素子１００，２００を備えた温度センサ１に較べて温度センサ１の出力が経時的にドリフトするのを更に少なくすることができる。
【００７３】
続いて、本発明の第１実施形態における温度センサ１の第４実施例の温度検出素子４００について説明する。
【００７４】
第４実施例の温度検出素子４００は、第２実施例の温度検出素子２００と基本的構成が共通する。即ち、第４実施例にかかる温度検出素子２００は、図８に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のベース基板４１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０を形成後、５０μｍの板厚を有するジルコニアからなる極薄のカバー基板４３０をベース基板４１０のＮｉ箔抵抗パターン形成面に被せるように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０を挟み込んでなる温度検出素子である。
【００７５】
一方、第４実施例の温度検出素子４００は第２実施例の温度検出素子２００と異なり、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０の形成された基板周囲に同様にＮｉ箔からなるダミーの周囲パターン４２５を配置し、その周囲パターン４２５にカバー基板４３０を接着して構成されている。
【００７６】
カバー基板４３０をベース基板４１０に接着する際にベース基板上のＮｉ箔回路パターン４２０に応力が発生するのを防止するために、Ｎｉ箔抵抗パターン４２０を形成する際に接着部のダミー抵抗パターンを周囲パターン４２５としてベース基板４１０の周囲に残しておく。その後、その周囲パターン４２５の上に接着剤を塗布し、カバー基板４３０を接着する。接着により発生したカバー基板４３０やベース基板４１０の応力はＮｉ箔抵抗パターン４２０に作用しないので、抵抗値のドリフトが生じず安定した温度測定が可能となる。
【００７７】
続いて、本発明の第１実施形態における温度センサ１の第５実施例の温度検出素子５００について説明する。本実施例の温度検出素子５００は、図９に示すように第４実施例の温度検出素子４００と基本的構成が共通する。一方、本実施例の温度検出素子５００は第４実施例の温度検出素子４００と異なり、ベース基板５１０における周囲パターン５２５の厚さよりベース基板のＮｉ箔抵抗パターン５２０の厚さが薄くなるように加工して構成されている。
【００７８】
Ｎｉ箔抵抗パターン５２０及び周囲パターン５２５をエッチングによって形成する際、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０のみエッチングによってこれを周囲パターン５２５より僅かに薄く形成する。一方、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０の周囲に残す周囲パターン５２５はそのままの厚さに残しておく。それによりカバー基板５３０を接着する際にカバー基板５３０が周囲パターン５２５のみに接着して厚さの薄いＮｉ箔抵抗パターン５２０に接着しないようにする。
【００７９】
これによりカバー基板５３０を接着する際にＮｉ箔抵抗パターン５２０はカバー基板５３０から圧力を受けることが無く、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０に応力が作用することも無くなる。従って、第５実施例の温度検出素子５００を備えることで出力の経時的なドリフトが少ない温度センサ１とすることができる。また、周囲パターン５２５を介してベース基板５１０とカバー基板５３０が接着しているので、Ｎｉ箔抵抗パターン５２０を外部雰囲気から遮断することができ、耐環境性の優れた温度センサとなる。
【００８０】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第６実施例の温度検出素子６００について説明する。本実施例にかかる温度検出素子６００は、第１実施例乃至第５実施例に記載の温度検出素子１００〜５００とは基本的構成を異にする。即ち、第６実施例の温度検出素子６００は、図１０に示すように幅０．８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ５０μｍの板厚を有する極薄のジルコニア基板６１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン６２０を作成後、同じくＮｉ箔抵抗パターン６３０を形成した５０μｍの板厚を有する極薄のジルコニア基板６４０を互いに対向させて接着し、それぞれのＮｉ箔抵抗パターン６２０，６３０を挟み込んで構成されている。なお、ジルコニア基板６１０，６４０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００８１】
即ち、本実施例の温度検出素子６００は、Ｎｉ箔抵抗パターン６２０，６３０を表面に形成した極簿のジルコニア基板６１０，６３０をそれぞれＮｉ箔抵抗パターン同士向かい合うように接着剤で接合してなる温度検出素子である。単一の温度検出素子ながらセンサ部が２個になり、温度制御用とリミット用のセンサとして使用することも可能である。また、対向配置されたＮｉ箔抵抗パターン６２０，６３０を直列に接続すれば同じ大きさで抵抗値が２倍（例えば、各抵抗値が１０００Ωであれば２０００Ω）となり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となる。その結果、Ｎｉ箔抵抗パターン６２０，６３０の自己発熱を半分にすることができ、かかる温度検出素子６００を温度センサ１に組み込むことで自己発熱の少ない高精度の温度測定が可能な温度センサとすることができる。
【００８２】
なお、通常Ｎｉ箔抵抗パターン６２０，６３０は、パッシベーション膜（保護膜）でパターン全体が覆われているので、上下のＮｉ箔抵抗パターン６２０，６３０同士でショートすることがなく、温度測定に支障を与えることもない。
【００８３】
なお、本実施例の温度検出素子６００において一方のジルコニア基板６１０に形成されたＮｉ箔抵抗パターン６２０と他方のジルコニア基板６３０に形成されたＮｉ箔抵抗パターン６３０との接続は以下のような幾つかの方法があり、適時選択することが可能である。
▲１▼ フレキシブルプリント基板のパターンによって接続する方法
▲２▼ ジルコニア基板の電極パッド部の片方を上下で接続する方法
▲３▼ ジルコニア基板の他端にて接続する方法
▲４▼ ジルコニア基板の接続部に貫通孔を形成して、この貫通孔にはんだを入れて溶融し、上下のジルコニア基板を接続する方法
続いて、本実施形態の温度センサ１における第７実施例の温度検出素子７００について説明する。本実施例の温度検出素子７００は、第６実施例の温度検出素子６００と基本構成が共通している。しかしながら、本実施例の温度検出素子７００は、図１１に示すように第６実施例の温度検出素子６００と異なり、５０μｍの板厚を有する極薄のジルコニア基板７１０（７４０）にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０（７３０）を形成すると共に、基板周囲にＮｉ箔抵抗パターン７２０（７３０）を囲むように周囲パターン７２５（７３５）を形成する。そして、このように作成したジルコニア基板７１０，７４０をＮｉ箔抵抗パターン７２０，７３０同士が対向するように接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０を挟み込んで構成されている。なお、ジルコニア基板７１０，７４０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【００８４】
上述した第６実施例の温度検出素子６００と同様に温度検出素子を２つ備えることになるので温度制御用センサとリミット用センサとして使用することが可能である。また、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０を直列に接続すれば、同じ大きさで抵抗値が２倍になり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となる。その結果、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０の自己発熱を半分にすることができ、測定精度の良い温度センサを得ることができる。
【００８５】
本実施形態の第７実施例にかかる温度検出素子７００は、上述の効果に加えてＮｉ箔抵抗パターン製作時に、Ｎｉ箔抵抗パターン７２０，７３０の周囲にＮｉ箔で周囲パターン７２５，７３５を形成している。そして、その周囲パターン同士を接着することでジルコニア基板同士を接合している。この構成によって周囲パターン７２５，７３５がスペーサになり、周囲パターン７２５，７３５が無い場合に比べて応力が極端に減少する。また、周囲パターン７２５，７３５はＮｉ箔抵抗パターン７２０，７３０と同時に製作されるので、特別な製造工数が追加されることはない。
【００８６】
これにより、Ｎｉ箔抵抗パターン同士が接触することで接着時に応力が発生して抵抗値の経時的なドリフトの原因になるのを防止し、精度の良い温度センサを得ることができる。
【００８７】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第８実施例の温度検出素子８００について説明する。
【００８８】
本実施例の温度検出素子８００は、第７実施例の温度検出素子７００と基本的構成が共通するが、本実施例の温度検出素子８００は第７実施例に関する温度検出素子７００と異なり、図１２に示すように温度検出素子８００における周囲パターン８２５，８３５の厚さをＮｉ箔抵抗パターン８２０，８３０よりも厚くした点を特徴としている。
【００８９】
即ち、Ｎｉ箔抵抗パターン８２０，８３０は小型化のために接着時のＮｉ箔よりエッチングによって若干薄く形成されている。また、周囲パターン８２５，８３５はエッチングしないで元の厚さを保っているので、Ｎｉ箔抵抗パターン８２０，８３０より厚さが若干厚くなっている。
【００９０】
本実施例の温度検出素子８００も温度検出素子が２個になるので、温度制御用とリミット用のセンサとして使用することも可能となる。また、抵抗値が２倍になるのでＮｉ箔抵抗パターン８２０，８３０を直列に接続すれば、同じ大きさで抵抗値が２倍になり、同じ感度を得るのに測定電流を半分にすることが可能となり、その結果、自己発熱を半分にすることができる。
【００９１】
本実施例の温度検出素子８００は第６実施例及び第７実施例の温度検出素子６００，７００よりも接着時の応力を更に減少させることができる。即ち、上下基板を接着した時に、Ｎｉ箔抵抗パターン同士は接着しないので応力が発生することはない。従って、経時変化の少ない高精度の温度センサとすることができる。
【００９２】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第９実施例の温度検出素子９００について説明する。
【００９３】
本実施形態の第９実施例にかかる温度検出素子９００は、上述の第６実施例乃至第８実施例の温度検出素子６００〜８００と基本的構成が共通している。一方、本実施例特有の構成は、図１３に示すようにＮｉ箔抵抗パターン部９２０，９３０に矩形フレーム状のスペーサシート９５０を挟み込んで構成されている点にある。なお、スペーサシート９５０はフレキシブルプリント基板の導電パターンのない絶縁部のみを矩形フレーム状に形成したものである。このように構成することで周囲パターン９２５，９３５をＮｉ箔抵抗パターン９２０，９３０と同一の厚さに形成してもＮｉ箔抵抗パターン９２０，９３０に相手側ジルコニア基板９４０，９１０からの押圧力で応力が発生することなく、安定した出力を得ることができる。
【００９４】
即ち、Ｎｉ箔抵抗パターン間にフレキシブルプリント基板のパターンの無い部分でできた矩形フレーム状のスペーサ９５０を絶縁シートとして介在させることでＮｉ箔抵抗パターン９２０，９３０同士が接触によりショートするのを防止する。なお、Ｎｉ箔抵抗パターン９２０，９３０には保護膜が付着しているが、厚さが非常に薄いので温度検出素子９００が曲げられた時などにショートすることがあるが、スペーサ９５０を介在させることでこのような不具合を確実に防止し、より信頼性の高い温度センサとすることができる。
【００９５】
続いて、本実施形態の温度センサ１における第１０実施例の温度検出素子１０００について説明する。
【００９６】
本実施形態の第１０実施例にかかる温度検出素子１０００は、上述の第６実施例から第９実施例の温度検出素子６００〜９００と基本的構成が共通している。一方、本実施例特有の構成は、図１４に示すようにＮｉ箔抵抗パターン１０２０，１０３０に絶縁シート１０５０を挟み込んで構成されている点にある。なお、絶縁シート１０５０はフレキシブルプリント基板のパターンの無い部分を長く伸ばしたものを利用している。
【００９７】
即ち、Ｎｉ箔抵抗パターン間にフレキシブルプリント基板のパターンの無い部分を絶縁シート１０５０として介在させることで、第９実施例の温度検出素子９００と同様に、対向したＮｉ箔抵抗パターン１０２０，１０３０が接触によりショートするのを防止する。
【００９８】
なお、絶縁シート１０５０は通常電極パッド部からフレキシブルプリント板のパターンを利用して信号を取り出している。そのフレキシブルプリント板のシートは数十μｍの厚さであるので、パターンの無いフレキシブルプリント板シートを伸ばすことにより、別の部品を別途追加することなく、電極パッド部の製造と同時に絶縁部を形成でき、温度検出素子１０００の製造効率を高める。
【００９９】
続いて、本実施形態の温度センサにおける第１１実施例の温度検出素子１１００について説明する。
【０１００】
本実施例の温度検出素子１１００は、図１５に示すように極薄のジルコニア基板１１１０にＮｉ箔を接着し、Ｎｉ箔抵抗パターン１１２０をエッチングによって形成した後、Ｎｉ箔抵抗パターン面上にコーティング樹脂（樹脂コート）１１３０を塗布して構成されている。なお、ベース基板１１１０を構成するジルコニアはＮｉと近似した線膨張係数を有している。
【０１０１】
温度センサの使用される市場では、曲面形状を備えた対象物のこの曲面温度を測定したい要求がある。しかしながら、アルミナ基板に代表される今までのセラミック基板やガラスでは、それ自体を曲面形状に合わせて曲げることができないので、このような曲面部の温度を測定できなかった。しかしながら、厚さ５０μｍ〜１００μｍ程度の極簿のジルコニア基板は十分な可撓性があり、強度も他のセラミック材料に比べて２倍以上有している。従って、極簿のジルコニア基板をこのような曲面形状にあわせて曲げることも可能である。例えば、５０μｍの厚さのジルコニア基板を、直径約２０ｍｍの円形に曲げることも可能である。
【０１０２】
従って、第１１実施例にかかる温度検出素子１１００は、そのような使用態様の要求を満たすべく、極薄のジルコニア基板１１１０にＮｉ箔を付着させ、Ｎｉ箔抵抗パターン１１２０を製作してこれに耐環境性のための樹脂コート１１３０を塗布して構成したものである。極薄基板のために上述したように曲げることができるので、球面などの曲面に温度検出素子を密着させてその曲面温度を計測できる。また、ジルコニア基板１１１０は約５０μｍと極薄であるので、細い隙間などに挿入してそのすき間内の温度を測定することもできる。なお、上述の樹脂コート１１３０はＮｉ箔抵抗パターン形成面上に塗布したものであるが、この代わりにジルコニア基板１１１０にフレキシブルプリント基板１０を接続した後、これをディッピングしてジルコニア基板全体を樹脂コートで囲繞しても良い。
【０１０３】
続いて、本発明の第２の実施形態にかかる温度センサ２について図面に基づいて説明する。なお、上述の実施形態にかかる温度センサ１と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０４】
本発明の第２の実施形態にかかる温度センサ２は、上述した第１１実施例にかかる温度検出素子１１００と、温度検出素子１１００に接続されたフレキシブルプリント基板１０とが共に保護管８０内に収容されている点に特徴がある。即ち、温度センサ２は、温度検出素子１１００を保護管８０に入れてエポキシ樹脂のポッティングによって保護管８０に封入し、液体中においても使用できるように構成したものである。エポキシ樹脂の接着は空気中では非常に耐食性が良いが、水中では通常接着部が剥がれて内部Ｎｉ箔が腐食される。従って、金属製の保護管８０を使用し、その中に封入することで水中での温度測定を可能にしたものである。
【０１０５】
なお、ポッティングの代わりに圧入やはんだによって温度検出素子１１００を保護管８０に封入しても良い。
【０１０６】
保護管８０は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等によって形成され、基端部が開放して内部に温度検出素子１１００が収容された細長い小径パイプ８１と、小径パイプ８１の基端部に嵌装されロー付けや溶接等によって接合された大径パイプ８２とで構成されている。小径パイプ８１は、外径が１．０ｍｍ、内径が０．９ｍｍ、長さが３０ｍｍ程度で、内部に温度検出素子１１００とフレキシブルプリント基板１０が組み込まれている。大径パイプ８２は、外径が金属パイプ６０の内径と略等しくなっている。そして、大径パイプ８２は、後端側開口部がハーメチックシール部品５０の圧入によって気密に閉塞され、内部に不活性ガス又はオイルが封止されている。なお、封入に際しては加圧して封入することが望ましい。不活性ガスとしてはアルゴン、窒素、乾燥空気等が用いられる。また、オイルとしてはシリコーンオイル等が用いられる。なお、本実施形態においては、小径パイプ８１と大径パイプ８２をロー付け又は溶接によって接続した保護管８０の構成例を示したが、これに限らず絞り加工によって小径パイプ８１に相当する小径部と大径パイプ８２に相当する大径部とを一体に有する保護管を用いても良い。
【０１０７】
以上の構成によって、温度センサ２を上述の実施形態とは異なり液体内で使用することも可能となる。
【０１０８】
なお、上述した温度センサの保護管８０にエポシキ樹脂等の接着剤やセラミック粉末又は金属粉末を充填しても良い。
【０１０９】
また、第２の実施形態にかかる温度センサ２において温度検出素子１１００の代わりに第１実施例の温度検出素子１００乃至第１０実施例の温度検出素子１０００を保護管８０に適宜挿入し、リード線１０を引き出して構成するようにしても良い。
【０１１０】
続いて、本発明の第３の実施形態にかかる温度センサ３について説明する。なお、第１の実施形態にかかる温度センサ１と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１１】
本発明の第３の実施形態にかかる温度センサ３は温度検出素子１２００が外部に露出した点で第１の実施形態にかかる温度センサ１の温度検出素子１００と同等であるが、第１の実施形態におけるフレキシブルプリント基板１０を設ける代わりに温度検出素子を構成するジルコニア基板を延長して当該延長部にＮｉ箔のリードパターンを形成している点で構成を異にする。
【０１１２】
即ち、Ｎｉと線膨張係数の近似するジルコニアからなるベース基板１２１０には、図１８に示すように温度測定のためのＮｉ箔抵抗パターン１２２０と、Ｎｉ箔抵抗パターン１２２０に連続しこれと電気的に導通したリードパターン１２３０とが直列に形成されている。そして、Ｎｉ箔抵抗パターン１２３０はその基端部がベース基板１２１０と共に保護管２０の端部で拘束され、リードパターン１２３０はこれが形成されたベース基板１２１０と共に保護管２０に密封収容されている。
【０１１３】
Ｎｉ箔抵抗パターン１２２０からの信号を取り出すリードパターン１２３０も同一のベース基板１２１０にＮｉ箔抵抗パターン１２２０と連続して形成することで、他の実施例にかかる温度検出素子１００〜１１００のようにリードパターンの形成されたフレキシブル基板とＮｉ箔抵抗パターンの形成されたベース基板との接続作業を省略でき、製造効率を上げることができる。
【０１１４】
なお、本実施形態の温度センサ３の温度検出素子においてＮｉ箔抵抗パターンとしてＰｔを使用すると共にＰｔとも線膨張係数の近似したジルコニア基板を使用することも可能であるが、この場合リードパターンとして同様にＮｉの代わりにＰｔを使用する。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の温度センサは、温度センサの基板がセラミックのうちでじん性材料のジルコニア基板を使用しているので、他のセラミック基板に較べて厚さを薄くでき、これに応じて温度センサの熱容量も小さくできる。従って、レスポンスの良い温度測定が可能となる。また、回路パターンが形成されるジルコニア基板にＮｉ又はＰｔと線膨張係数が近似したジルコニアを使用しているので、ジルコニア基板自体を薄くしても当該基板とＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンとの線膨張係数の違いに基づく基板自体の反りを生じたりしない。その為、Ｎｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンに応力が発生することがなく設計通りの抵抗値を得ることができるので、精度の良い温度測定が可能となる。
【０１１６】
また、本発明の請求項２に記載の温度センサは、ジルコニアからなる板状基板が適度な可撓性を有しているので、測定雰囲気中の気体の流れによって撓み過ぎて回路パターンの内部に応力が加わって抵抗値が変化することが無い。また、気体の流れから交番荷重を受けた場合に基板自体が全く撓まないことに起因して基板自体が破損するようなこともない。そのため、長期に亘って安定した温度測定を可能とする。
【０１１７】
また、本発明の請求項３に記載の温度センサは、回路パターンの形成された基板に仮に反りが生じたとしても、この基板の回路パターン形成面に当該基板と同等の線膨張係数を備えたジルコニアからなる基板を貼り合わせることで基板の反りを完全に相殺することができる。そのため、回路パターンを設計通りの抵抗値とすることができ、精度の高い温度測定を可能とする。また、回路パターンを外部雰囲気から保護して耐環境性に優れた温度センサとすることができる。
【０１１８】
また、本発明の請求項４に記載の温度センサは、回路パターンを樹脂コーティングすることで耐環境性を有するようになるので、基板自体を保護管で覆う必要が無く、回路パターンの形成された基板を測定すべき雰囲気中に直接露出させることができる。これによって更にレスポンスの良い温度測定が可能となる。
【０１１９】
また、本発明の請求項５に記載の温度センサは、回路パターンからの信号を取り出すリードパターンも同一のジルコニア基板に回路パターンと連続して形成することで、リードパターンの形成されたフレキシブル基板と回路パターンの形成されたジルコニア基板との接続作業を省略でき、製造効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる温度センサの断面図（図１（ａ））及び素子ユニットの拡大断面図（図１（ｂ））である。
【図２】図１に示した温度センサにおける温度検出素子の平面図である。
【図３】図２に示した温度検出素子のＮｉ箔抵抗パターンを示した分解斜視図である。
【図４】図１に示した温度センサにおけるフレキシブルプリント基板の平面図である。
【図５】図２に示したＮｉ箔抵抗パターンの変形例を示した平面図である。
【図６】図１に示した温度センサの第２実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図７】図１に示した温度センサの第３実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図８】図１に示した温度センサの第４実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図９】図１に示した温度センサの第５実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１０】図１に示した温度センサの第６実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１１】図１に示した温度センサの第７実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１２】図１に示した温度センサの第８実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１３】図１に示した温度センサの第９実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１４】図１に示した温度センサの第１０実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１５】図１に示した温度センサの第１１実施例にかかる温度検出素子の分解斜視図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態にかかる温度センサの断面図（図１６（ａ））及び素子ユニットの拡大断面図（図１６（ｂ））である。
【図１７】本発明の第３の実施形態にかかる温度センサの断面図（図１７（ａ））及び素子ユニットの拡大断面図（図１７（ｂ））である。
【図１８】図１７の温度センサにおける温度検出素子のＮｉ箔抵抗パターンを示した平面図である。
【符号の説明】
１，２，３ 温度センサ
１０ フレキシブルプリント基板
１１ 本体
１２ 接続部
１２ａ 挿通孔
１５（１５ａ〜１５ｄ） 回路パターン
１６（１６ａ〜１６ｄ） パッド部
１７ ランド部
２０，８０ 保護管
２１ 小径パイプ
３０ 外部リード線
３１ はんだ
３２ 合成樹脂
５０ ハーメチックシール部品
５１ 端子
５２ 金属リング
５３ 封着用ガラス
６０ 金属パイプ
７０ 外部ケーブル
８１ 小径パイプ
８２ 大径パイプ
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１２００ 温度検出素子
１００ａ 基端部
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，１２１０ ベース基板
１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０，６３０，８２０，８３０，９２０，９３０，１０２０，１０３０，１１２０，１２２０ Ｎｉ箔抵抗パターン
１２１ 電極パッド部
１２１（１２１ａ〜１２１ｄ） パッド部
１３０，２３０，３３０，４３０，５３０ カバー基板
２３１ａ〜２３１ｄ 電極取り出し孔
４２５，５２５ 周囲パターン
６１０，６４０，７１０，７４０，１１１０ ジルコニア基板
７２５，７３５，８２５，８３５ 周囲パターン
９５０ スペーサ
１０５０ 絶縁シート
１１３０ コーティング樹脂（樹脂コート）
１２３０ リードパターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature sensor, and more particularly, to a temperature sensor that is reduced in size and has a higher resistance value and has improved measurement accuracy and the like.
[0002]
[Prior art]
In the semiconductor market and the nano / micro machine market, ultra-fine processing (nano / micro machine) for extremely narrowing the pattern width is advancing rapidly, and the accuracy of temperature control is becoming more and more advanced.
[0003]
In order to control the temperature with high accuracy, there is a demand for further miniaturization of the temperature sensor and high-speed response of the temperature sensor itself. The term “high accuracy” as used herein means not only a small initial characteristic error but also a small drift with time and no change (drift) in the resistance value over a long period of time. Have been.
[0004]
On the other hand, a conventional Pt resistor type temperature sensor used in a conventional semiconductor manufacturing apparatus or the like uses Pt (platinum) having a large temperature coefficient of resistance as a resistance wire, and winds this Pt resistance wire around an elongated glass tube. It was stored in a protective tube. However, such a conventional Pt resistor type temperature sensor having a low resistance value in the winding type has a low resistance value of usually about 100Ω, so that it is necessary to supply a large current when measuring a minute temperature change. As a result, the thermal influence due to self-heating becomes large, and high-precision measurement cannot be performed. In addition, the resistance value of the relay connection line is added to the temperature characteristics and the resistance value of the Pt temperature detecting element, causing a variation in characteristics and a decrease in temperature accuracy. Further, since an insulating tube is used to insulate the Pt resistance wire from the protective tube, the outer diameter of the protective tube is further increased, and sensitivity (response) to a temperature change is reduced.
[0005]
As a temperature sensor that solves such a problem and improves the response to a temperature change, a temperature sensor including a ceramic substrate such as alumina and a metal foil resistor formed on the surface of the ceramic substrate is known (for example, a temperature sensor). And Patent Document 1.).
[0006]
Such a temperature sensor includes an element unit and a metal pipe into which the element unit is incorporated.
[0007]
The element unit includes a temperature detecting element, a flexible printed circuit board having the temperature detecting element at the tip, an elongated protective tube that completely accommodates both the temperature detecting element and the flexible printed circuit board, an external lead wire, and an external lead wire. A hermetic seal component is provided for electrically connecting the lead wire to the flexible printed circuit board and hermetically sealing the protective tube.
[0008]
The temperature detecting element includes a ceramic substrate such as alumina and a metal foil resistor formed on the surface of the ceramic substrate. The ceramic substrate made of alumina or the like is formed in a thin and elongated plate shape having a width of about 0.8 mm, a length of about 10 mm, and a thickness of about 0.4 mm.
[0009]
The metal foil resistor is formed by bonding a material such as Ni or Pt and etching it into a predetermined pattern. The metal foil resistor is covered with an insulating film. The metal foil resistor has a line width of about 10 μm and a resistance value of about 1000Ω.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-286555 (page 3-5, FIG. 1)
[Problems to be solved by the invention]
In a semiconductor manufacturing process, baking for each mask pattern includes multiple steps. Further, as described above, temperature control is generally strict in a semiconductor manufacturing apparatus. For example, if the temperature difference is increased due to a temperature rise of 0.01 ° C., the entire wafer cannot be maintained at a uniform temperature, and the product yield will be reduced. Specifically, the circuit pattern width and the circuit pattern interval of the completed product become larger or smaller, and thus do not become the design values. As a result, the resistance value of the circuit pattern increases or decreases, and furthermore, the circuit patterns are short-circuited or the circuit pattern itself is easily broken.
[0011]
Therefore, it is required that the temperature change of the control object itself be detected as soon as possible. Therefore, the temperature of the current type temperature detecting element having a sufficient response compared with the winding type Pt resistor type temperature sensor, that is, the temperature having a better response than the temperature detecting element having the metal foil resistor on the alumina substrate. More preferably, the sensor is used for temperature control.
[0012]
On the other hand, an effective measure is to reduce the heat capacity of the temperature sensor itself. This can be achieved by reducing the thickness of the substrate of the temperature detecting element having the metal foil resistor on the alumina substrate. However, since ceramics such as alumina are generally brittle materials, they are suddenly cracked by the application of a certain external force. Has properties. Therefore, for example, if the thickness of a ceramic substrate such as alumina is simply reduced, the substrate is easily damaged during manufacturing, and it is very difficult to manufacture. In addition, even when it is actually commercialized, it is immediately damaged during use, and is not suitable for long-term use.
[0013]
Further, a configuration is also conceivable in which a resistance pattern of a metal foil is formed on a plastic film and is exposed in an atmosphere in which temperature is to be measured. However, such a temperature sensor has a small heat capacity, but does not stand alone in the atmosphere and bends alternately according to the flow of gas in the atmosphere. Changes, and a signal equivalent to a temperature change is generated despite no temperature change, resulting in poor control characteristics.
[0014]
On the other hand, in making the above-mentioned temperature sensor thinner (lower heat capacity), in addition to the problem at the time of using the temperature sensor, the following problem at the time of manufacturing also occurs.
[0015]
Ceramic substrates such as alumina have various coefficients of linear expansion. In addition, if an attempt is made to bond a Ni foil or a Pt foil on a thinned ceramic substrate with an adhesive, the adhesive must be cured at 100 ° C. to 200 ° C. Therefore, if the linear expansion coefficients of the ceramic substrate and the Ni or Pt foil do not match, the ceramic substrate itself warps. With the warpage of the ceramic substrate, stress is generated in the Ni foil and the Pt foil. The resistance value drifts with the relaxation of the stress over time. For this reason, accurate temperature measurement cannot be performed, and control characteristics deteriorate.
[0016]
An object of the present invention is to provide a small-sized, high-resistance, and low-power-consumption temperature sensor with good response to solve the above-described conventional problems.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a temperature sensor according to claim 1 of the present invention includes a plate-shaped substrate made of zirconia, and a circuit pattern of a Ni foil or a Pt foil formed on a plane of the substrate. It is characterized by having.
[0018]
Since the substrate of the temperature sensor uses a zirconia substrate made of a tough material among ceramics, the thickness can be reduced as compared with other ceramic substrates, and accordingly, the heat capacity of the temperature sensor can be reduced. Therefore, a responsive temperature measurement can be performed. Further, since zirconia having a linear expansion coefficient similar to that of Ni or Pt is used for the zirconia substrate on which the circuit pattern is formed, even if the zirconia substrate itself is thinned, the zirconia substrate and the circuit pattern of the Ni foil or Pt foil can be used. The substrate itself is unlikely to warp due to the difference in linear expansion coefficient. For this reason, stress is not easily generated in the circuit pattern of the Ni foil or the Pt foil, and a resistance value as designed can be obtained, so that accurate temperature measurement can be performed.
[0019]
In the temperature sensor according to the second aspect of the present invention, in the temperature sensor according to the first aspect, when the plate-shaped substrate made of zirconia has one end horizontally supported in a cantilever shape, In addition to having flexibility to bend when an external force is applied, the other end has a self-sustainability in which the other end does not hang down by its own weight when no external force is applied to the substrate.
[0020]
Since the zirconia plate-like substrate has an appropriate range of flexibility, the resistance value does not change due to excessive bending due to the flow of gas in the measurement atmosphere and stress applied inside the circuit pattern. In addition, when an alternating load is applied from the gas flow, the substrate itself does not break due to the fact that the substrate itself does not bend at all. Therefore, stable temperature measurement can be performed for a long time.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the temperature sensor according to the first and second aspects, wherein the zirconia substrate has a Ni foil circuit pattern or a Pt foil circuit pattern formed thereon. A substrate made of zirconia having a size corresponding to the substrate and having a linear expansion coefficient equivalent to that of the substrate is bonded to the circuit pattern forming surface.
[0022]
Even if the substrate on which the circuit pattern is formed is likely to be warped, the warpage between the substrates can be reduced by bonding a substrate made of zirconia having a linear expansion coefficient equivalent to that of the substrate to the circuit pattern forming surface of the substrate. This cancels out the occurrence of substrate warpage. Therefore, the resistance value of the circuit pattern can be set as designed, and highly accurate temperature measurement can be performed. Further, the circuit pattern is protected from the external atmosphere to provide a temperature sensor having excellent environmental resistance. Further, since the substrates are bonded to each other, they are excellent in environmental resistance. As a result, a protective tube for accommodating the substrates is not required, and the responsiveness is improved.
[0023]
In the temperature sensor according to a fourth aspect of the present invention, in the temperature sensor according to the first or second aspect, a circuit pattern of a Ni foil or a Pt foil of a plate-like substrate made of zirconia is formed. The surface is coated with resin.
[0024]
By coating the circuit pattern with a resin, the circuit pattern has environmental resistance. Therefore, it is not necessary to cover the substrate itself with a protective tube, and the substrate on which the circuit pattern is formed can be directly exposed to the atmosphere to be measured. This makes it possible to reduce the heat capacity and measure the temperature more responsively. Further, even if the object to be measured has a curved surface shape, the zirconia substrate can be brought into close contact with the curved surface by utilizing the flexibility of the substrate, thereby enabling accurate temperature detection.
[0025]
In the temperature sensor according to the fifth aspect of the present invention, in the temperature sensor according to any one of the first to fourth aspects, the zirconia plate-like substrate may be formed from a Ni foil circuit pattern or a Pt foil circuit pattern. It is characterized in that a lead pattern for extracting a signal is also integrally formed.
[0026]
By forming the lead pattern for extracting the signal from the circuit pattern on the same zirconia substrate and the circuit pattern continuously, the connection work between the flexible substrate on which the lead pattern is formed and the zirconia substrate on which the circuit pattern is formed can be omitted. , The production efficiency can be increased.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a temperature sensor 1 according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0028]
In the following embodiment, zirconia having a linear expansion coefficient similar to that of Ni (nickel) is used as a substrate, and a Ni foil is formed as a resistance pattern on the zirconia substrate. Similarly, Pt (platinum) is used as the substrate. Alternatively, zirconia having a similar linear expansion coefficient to zirconia may be used, and a Pt foil may be formed as a resistance pattern on the zirconia substrate.
[0029]
In the following description, the thickness of the zirconia substrate is described as 50 μm, but is not necessarily limited to this. For example, if the thickness is in the range of 50 μm to 100 μm, a range suitable for producing the effects of the present invention is provided. It can be said.
[0030]
It goes without saying that various types of temperature detecting elements described below can be applied to each temperature sensor.
[0031]
The temperature sensor 1 according to the first embodiment of the present invention is a temperature sensor of a type in which a temperature detecting element protrudes into a measurement atmosphere as shown in FIG. A flexible printed circuit board 10 is provided, and an elongated protective tube 20 that holds the base end portion 100a of the temperature detecting element 100 and accommodates the flexible printed circuit board 10 is provided. Further, the flexible printed circuit board 10 is electrically connected to the external lead wires 30 via the terminals 51. The protection tube 20 includes a hermetic seal component 50 that electrically connects the external lead wire 30 to the flexible printed circuit board 10 and hermetically seals the protection tube 20. The hermetic seal component 50 is not an essential requirement of the present invention and is not necessarily required.
[0032]
As shown in FIG. 3, the temperature detecting element 100 is formed by bonding a Ni foil to a base substrate 110 made of an ultra-thin zirconia having a thickness of about 50 μm to form a Ni foil resistance pattern 120, and then forming an electrode of about 50 μm in thickness. The cover substrate 130 made of thin zirconia is adhered so as to cover the Ni foil resistance pattern forming surface of the base substrate 110, and the Ni foil resistance pattern 120 is sandwiched therebetween.
[0033]
In addition, the base substrate 110 made of zirconia is formed in an extremely thin and elongated sheet shape having a width of about 0.8 mm, a length of about 10 mm, and a thickness of about 50 μm, and has a linear expansion coefficient equivalent to that of Ni. It has a coefficient.
[0034]
As shown in FIG. 2, the Ni foil resistance pattern 120 formed on the base substrate 110 is formed in a meandering shape by bonding Ni to the surface of the base substrate 110 and etching it into a predetermined pattern by a known photo-etching technique. 5 is a Ni foil resistance pattern formed in FIG. Further, two electrode pad portions 121a to 121d are formed at both ends of the Ni foil resistance pattern 120 in parallel. The Ni foil resistance pattern 120 is covered with a resin insulating film.
[0035]
On the other hand, the cover substrate 130, which is also made of zirconia and is attached to the Ni foil resistance pattern forming surface of the base substrate 110, has the same width and thickness as the base substrate 110, and has a length equal to the electrode pad portion on the base substrate. It has a total length enough to expose 120. In addition, zirconia constituting the cover substrate 130 has a linear expansion coefficient equivalent to that of Ni. Note that the base substrate 110 and the cover substrate 130 are firmly attached to each other with an adhesive.
[0036]
As described above, if the plate thickness of the base substrate 110 and the cover substrate 120 is in the range of 50 μm to 100 μm, the heat capacity can be reduced while having sufficient flexibility and autonomy as described later, which is preferable. It can be said that it is within the range. Therefore, the thickness is not limited to 50 μm if both substrates have substantially the same thickness.
[0037]
As described above, the cover substrate 130 has a slightly shorter overall length than the base substrate 110, and does not cover the electrode pad portion 121. Then, signals are taken out from the electrode pad portions 121 not covered by the cover substrate 130 via the flexible printed circuit board 10 with wiring (see FIG. 1). It is preferable that the electrode pad portion 121 be treated by gold plating, solder plating, silver plating, or the like so that soldering or wire bonding is facilitated.
[0038]
Although the Ni foil is a very stable material, it slightly corrodes little by little depending on the use environment and causes the output value to drift. Accordingly, the cover substrate 130 and the adhesive prevent the Ni foil resistance pattern 120 on the base substrate from directly contacting the external atmosphere, thereby improving environmental resistance.
[0039]
Further, the cover substrate 130 also serves to prevent the base substrate 110 on which the Ni foil resistance pattern 120 is formed from being deformed and warped by the stress of the adhesive and the Ni foil.
[0040]
Next, the Ni foil resistance pattern 120 will be described in detail.
[0041]
The Ni foil resistance pattern 120 is formed as a resistance pattern in which the resistance patterns themselves are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the base substrate 110 as shown in FIG. Note that, as described above, the linear expansion coefficient of zirconia constituting the base substrate 110 and the linear expansion coefficient of the Ni foil are closer than the linear expansion coefficient of the alumina substrate. However, even if this is slightly different, since the Ni foil resistance pattern 120 is mostly formed in the width direction of the base substrate 110, a slight difference in expansion and contraction between the Ni foil resistance pattern 120 and the base substrate 110 causes The warpage of the base substrate 110 is reliably prevented without affecting the bending direction. Therefore, it is possible to prevent a change in the resistance value of the Ni foil due to the warpage of the base substrate 110.
[0042]
The Ni foil resistance pattern 120 has a line width of about 10 μm and a resistance value of about 1000Ω. The electrode pad 121 is formed at one end of the base substrate 110.
[0043]
Further, since the Ni foil resistance pattern 120 can be formed by photo-etching, a resistor having a desired resistance value can be freely manufactured. That is, if the pattern width is reduced, the resistance value can be increased, and although there is a limit in photoetching, it is not the ratio of the winding type Pt resistance wire. Therefore, it is possible to manufacture a resistor having a resistance value of 1000Ω or more on the minute base substrate 110. In addition, the formation of the Ni foil resistance pattern 120 is relatively easy as compared with the Pt resistance wire, and the temperature detection element 100 itself can be formed in an elongated strip shape regardless of the high resistance value. Accordingly, the property that the small-diameter pipe 21 of the protection tube 20 holding the end of the temperature detecting element 100 can be reduced to a diameter of 1.0 mm or less is not lost. Therefore, the property of miniaturizing the temperature sensor 1 itself is not lost.
[0044]
Further, since the resistance value of the Ni foil resistance pattern 120 is as high as 1000Ω, it is possible to detect a small amount of temperature change with low current and a small amount of heat as compared with the conventional wound-type Pt temperature sensor with high accuracy.
[0045]
In addition, zirconia has sufficient toughness as compared with other ceramics such as alumina, and thus, even with such an ultra-thin substrate, it has the flexibility to be sufficiently deformed in response to the action of an external force. When the is supported horizontally in the form of a cantilever, the other end is self-supporting enough to be free-standing. Therefore, even if the base substrate 110 is made of zirconia having a width of 0.8 mm, a length of 10 mm, and a thickness of about 50 μm, it can be placed in an atmosphere to be measured by being superimposed on the cover substrate 130. It can be made to protrude in the shape of a beam, and while maintaining that state, it does not break down due to the flow of gas or hang down under its own weight, and does not hinder temperature measurement.
[0046]
That is, when the temperature detection element 100 is protruded in a cantilever shape from the end of the protection tube 20, the circuit is excessively bent by the gas flow in the measurement atmosphere as in the case where a resistance pattern is formed on a plastic film. The resistance does not change due to the occurrence of stress in the pattern. Further, when an alternating load is applied from a gas flow like an alumina substrate, the substrate itself is not damaged due to the fact that the substrate itself does not bend at all.
[0047]
Further, since the substrate constituting the temperature detecting element 100 is an ultra-thin type substrate of about 50 μm to 100 μm, it has a small heat capacity, can quickly respond to a temperature change in the surrounding atmosphere, and can perform temperature measurement with good response.
[0048]
On the other hand, as shown in FIG. 4, the flexible printed board 10 has a main body 11 made of polyimide or the like having moderate elasticity (spring property) formed in a thin and long strip shape having substantially the same width as the base substrate 110, and And a circular (or square) connection portion 12 provided integrally with the base end portion. Four circuit patterns 15 (15a to 15d) are formed in parallel on the surface of the main body 11, and electrode pads 16 (16a to 16d) correspond to the electrode pads 121 of the Ni foil resistance pattern 120 at the tips. Each is formed. That is, the electrode pads 16a and 16b of the circuit patterns 15a and 15b correspond to the electrode pads 121a and 121b of the Ni foil resistance pattern 120, respectively, and the electrode pads 16c and 16d of the circuit patterns 15c and 15d correspond to the Ni foil resistance. It is formed so as to correspond to the electrode pad portions 121c and 121d of the pattern 120, respectively.
[0049]
Of the four circuit patterns 15, for example, two outer circuit patterns 15a and 15d are used as current lines for supplying a current to the Ni foil resistance pattern 120, and two inner circuit patterns 15b and 15c are Ni foil. It is used as a signal detection line for detecting a voltage when current flows through the resistance pattern 120.
[0050]
On the other hand, land portions 17 are formed on the base end side of each circuit pattern 15. These land portions 17 are formed on the surface of the connection portion 12, and insertion holes 12 a through which the terminals 51 of the hermetic seal component 50 are inserted are formed at the centers thereof. Note that the circuit pattern 15, the electrode pad portion 16, and the land portion 17 are simultaneously formed by a printed board molding technique.
[0051]
Further, the circuit pattern 15 of the flexible printed board 10 and the Ni foil resistance pattern 120 of the temperature detecting element 100 are electrically connected to each other by a known bump bonding. Note that the two may be joined by another method such as wire bonding instead of the bump joining.
[0052]
On the other hand, the external lead wires 30 shown in FIG. 1 are composed of four (only two are shown in FIG. 1), two of which are used for current lines and the other two are used for signal detection lines. They are connected to the terminals 51 of the hermetic seal component 50, respectively. The external lead wire 30 and the terminal 51 are connected by solder 31, and the connection is sealed and reinforced by a synthetic resin 32. The synthetic resin 32 is not always necessary.
[0053]
The hermetic seal component 50 includes four terminals (lead wires) 51, a metal ring 52 such as Kovar formed in a tubular shape with both ends open, and a sealing glass 53 for sealing the terminals 51 in the metal ring 52. It is configured.
[0054]
The hermetic seal component 50 is directly press-fitted into the protection tube 21. However, if the outer peripheral surface of the metal pipe 52 is plated with solder or gold, the protection tube 20 can be sealed with higher airtightness. The reliability of stopping can be improved.
[0055]
The protection tube 20 has a stepped cylindrical shape in which a small-diameter portion at the distal end and a large-diameter portion at the proximal end formed by SUS304, SUS316, or the like are combined. That is, an elongated small-diameter pipe 21 into which the base end 100a of the temperature detecting element 100 is inserted at the distal end, and a large-diameter pipe 22 fitted to the base end of the small-diameter pipe 21 and joined by brazing, welding, or the like. It is composed of The small-diameter pipe 21 has, for example, an outer diameter of about 1.0 mm, an inner diameter of about 0.9 mm, and a length of about 30 mm, and incorporates the base end portion 100a of the temperature detecting element 100 and the flexible printed circuit board 10 therein. The outer diameter of the large-diameter pipe 22 is substantially equal to the inner diameter of the metal pipe 60. Further, the periphery of the base end of the temperature detecting element at the tip of the small-diameter pipe is potted with silicone resin P to be sealed in a liquid-tight manner. In addition, you may fill with resin P, such as epoxy resin, instead of silicon resin.
[0056]
Note that an external cable 70 is inserted into the rear end of the metal pipe 60.
[0057]
As a method of fixing the hermetic seal component 50 to the large-diameter pipe 22, there are projection welding and brazing in addition to press-fitting. In the case of press-fit, only a small hand press is required as a facility, and work is also performed. Easy. When measuring the temperature in an environment where the environment is not so severe, such as indoors or dry air, only press-fitting is sufficient.
[0058]
As a final description of the temperature sensor 1 including the temperature detecting element 100, a manufacturing process of the temperature detecting element 100 and the temperature sensor 1 will be described. This manufacturing process includes the following procedure.
{Circle around (1)} A Ni foil having a thickness of about 3 μm is bonded to a zirconia substrate having a thickness of 50 μm to 100 μm (a zirconia substrate having a thickness of 50 μm in the above embodiment) with an epoxy resin, a silicon resin, or the like.
[0059]
When the temperature detecting element is bent and used as described later, an elastic silicon-based or rubber-based adhesive may be used as the adhesive.
[0060]
When the thickness of the zirconia substrate is set to 50 μm to 100 μm, an extremely thin zirconia substrate is used. Therefore, it is preferable to attach a thick dummy substrate to facilitate handling.
{Circle around (2)} The Ni foil on the zirconia substrate is etched to a thickness of about 2 μm with an etching solution. The etching may be either wet etching or dry etching.
(3) A desired Ni foil resistance pattern is manufactured by photolithography.
{Circle around (4)} Electrode is plated with gold.
(5) A protective film is applied on the Ni foil resistance pattern.
(6) Laser trimming is performed to adjust the resistance value to 1000Ω.
{Circle around (7)} The cover-side zirconia substrate having a thickness of 50 to 100 μm is bonded to the base-side zirconia substrate with an adhesive.
{Circle around (8)} When the dummy substrate is attached, the adhesive between the dummy substrate and the zirconia base substrate is peeled off to remove the dummy substrate.
{Circle around (9)} The bonded zirconia substrate is cut into an appropriate length, and the fabrication of the temperature detecting element 100 is completed.
[0061]
The flexible printed circuit board 10 and the hermetic seal component 50 are connected to the temperature detecting element 100 manufactured in the above-described manner in the above-described procedure, and these are attached to the protective tube 20 and filled with a potting resin P in an appropriate position. The temperature sensor 1 is assembled. The temperature sensor 1 assembled in this manner has the following features as described above in part.
[0062]
First, since the temperature sensor 1 has the extremely thin type temperature detecting element 100, the heat capacity is small and the response to a change in the detected temperature is good.
[0063]
Further, since the temperature sensor 1 has the bonding type temperature detecting element 100, the warpage of the temperature detecting element 100 is avoided, and accordingly, no stress is generated in the Ni foil resistance pattern 120, and the characteristics are stable. Further, since the temperature detecting element 100 is a bonding type and the Ni foil resistance pattern 120 is shielded from the external atmosphere of the temperature sensor 1, it is excellent in environmental resistance.
[0064]
Although the temperature detecting element 100 according to the present embodiment has the zirconia substrates having a thickness of 50 μm stacked on each other as described above, the temperature detecting element 100 is not limited to this thickness, and may be, for example, 0.8 mm wide and 10 mm long. When the zirconia substrates of the same thickness are bonded to each other, if the thickness is within this range, the temperature detecting element has sufficient flexibility and self-supporting property while keeping the heat capacity of the element small, and has impact resistance. The temperature detecting element can also have: This makes it possible to improve the accuracy of the temperature sensor and the responsiveness. Note that, as described above, the zirconia used in this case has a similar linear expansion coefficient to Ni.
[0065]
Further, the resistance pattern 120 of the Ni foil is not a meandering type as described above, but may be a resistance pattern 150 of a type in which a Ni foil is formed in the longitudinal direction of the base substrate 110 as shown in FIG. Even in this case, although not clearly shown in the drawings, it is necessary to adjust the resistance value to a desired value (for example, 1000Ω) by trimming.
[0066]
Next, a description will be given of the temperature detecting element 200 of the second example of the temperature sensor 1 of the present embodiment. This temperature detecting element has the same basic configuration as the temperature detecting element 100 according to the first embodiment. That is, as shown in FIG. 6, the temperature detecting element 200 according to the second embodiment has a Ni foil on a very thin base substrate 210 made of zirconia having a width of 0.8 mm, a length of 10 mm, and a thickness of 50 μm. After bonding and forming a Ni foil resistance pattern 220, an ultra-thin cover substrate 230 made of zirconia having the same width and length as the base substrate 210 and a plate thickness of 50 μm is attached to the Ni substrate. This is a temperature detecting element that is adhered to the foil resistance pattern forming surface and sandwiches the Ni foil resistance pattern 220. Note that zirconia constituting the base substrate 210 and the cover substrate 230 has a linear expansion coefficient similar to that of Ni.
[0067]
On the other hand, the temperature detecting element 200 of the present embodiment differs from the temperature detecting element 100 of the first embodiment in that the ultra-thin cover substrate 230 made of zirconia has the same size as the base substrate 210. Electrode extraction holes 231a to 231d are formed at positions corresponding to the electrode pads of the base substrate 210 at one end of the base substrate 210, and have a specific structure for extracting external lead wires through the electrode extraction holes 231a to 231d. ing.
[0068]
Unlike the temperature detection element 100 according to the first embodiment, the electrode pad portion 221 of the base substrate 210 is covered with the cover substrate 230, so that the Ni foil resistance pattern 220 is firmly formed between the electrode pad portion 221 and the cover substrate 230. Protected from outside atmosphere. As a result, the environmental resistance characteristics are further improved as compared with the temperature detecting element 100 of the first embodiment. Further, since the solder of the electrode pad portion 221 is separated by the electrode extraction hole 231, it is easy to join without short-circuit.
[0069]
Next, a description will be given of the temperature detecting element 300 of the third example of the temperature sensor 1 of the present embodiment. The temperature detecting element 300 has the same basic configuration as the temperature detecting element 200 of the second embodiment. That is, as shown in FIG. 7, the temperature detecting element 300 is formed by bonding a Ni foil to an ultra-thin base substrate 310 made of zirconia having a thickness of 0.8 mm, a length of 10 mm, and a thickness of 50 μm. After forming 320, a temperature detecting element is formed by bonding an ultrathin cover substrate 330 made of zirconia having a plate thickness of 50 μm so as to cover the Ni foil resistance pattern forming surface of the base substrate 310, and sandwiching the Ni foil resistance pattern 320. It is. Note that zirconia constituting the base substrate 310 and the cover substrate 330 has a linear expansion coefficient similar to that of Ni.
[0070]
However, the temperature detecting element 300 according to the third embodiment differs from the temperature detecting element 200 according to the second embodiment in that a concave portion 330a is provided inside the cover substrate 330, and the Ni foil resistance pattern 320 of the base substrate 310 is It does not adhere to the structure.
[0071]
As in the case of the temperature detecting element 100 (200) according to the first and second embodiments, when the flat cover substrate 130 (230) is directly bonded to the base substrate 110 (210), the adhesive slightly hardens after the adhesive is cured. Contraction occurs. As a result, the Ni foil resistance pattern 120 (220) of the base substrate comes into contact with the surface of the cover substrate 130 (230), and the cover substrate 130 (230) presses the base substrate 110 (210). Therefore, the stress of the cover substrate 130 (230) is directly applied to the Ni foil resistance pattern 120 (220) of the base substrate, and the stress is also generated in the Ni foil resistance pattern 120 (220), so that the output drifts with time slightly. Can occur.
[0072]
However, in the temperature detecting element 300 according to the present embodiment, the Ni foil resistance pattern 320 of the base substrate does not come into contact with the cover substrate 330 because the concave portion 330a is formed in the cover substrate 330. Therefore, drift of the output of the temperature sensor 1 over time can be further reduced as compared with the temperature sensor 1 including the temperature detecting elements 100 and 200 of the first embodiment or the second embodiment.
[0073]
Next, a description will be given of a temperature detecting element 400 of a fourth example of the temperature sensor 1 according to the first embodiment of the present invention.
[0074]
The temperature detecting element 400 of the fourth embodiment has the same basic configuration as the temperature detecting element 200 of the second embodiment. That is, as shown in FIG. 8, the temperature detecting element 200 according to the fourth embodiment has a Ni foil on a very thin base substrate 410 made of zirconia having a width of 0.8 mm, a length of 10 mm, and a thickness of 50 μm. After bonding, a Ni foil resistance pattern 420 is formed, and an ultra-thin cover substrate 430 made of zirconia having a plate thickness of 50 μm is bonded so as to cover the Ni foil resistance pattern forming surface of the base substrate 410. Is a temperature detecting element sandwiched between them.
[0075]
On the other hand, the temperature detecting element 400 of the fourth embodiment differs from the temperature detecting element 200 of the second embodiment in that a dummy peripheral pattern 425 made of Ni foil is similarly disposed around the substrate on which the Ni foil resistance pattern 420 is formed. , A cover substrate 430 is adhered to the peripheral pattern 425.
[0076]
In order to prevent stress from being generated in the Ni foil circuit pattern 420 on the base substrate when the cover substrate 430 is bonded to the base substrate 410, a dummy resistance pattern of the bonding portion is formed when the Ni foil resistance pattern 420 is formed. The peripheral pattern 425 is left around the base substrate 410. Thereafter, an adhesive is applied on the peripheral pattern 425, and the cover substrate 430 is bonded. Since the stress of the cover substrate 430 and the base substrate 410 generated by the adhesion does not act on the Ni foil resistance pattern 420, a stable temperature measurement can be performed without drift of the resistance value.
[0077]
Next, a description will be given of a temperature detecting element 500 of a fifth example of the temperature sensor 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the temperature detecting element 500 of this embodiment has the same basic configuration as the temperature detecting element 400 of the fourth embodiment. On the other hand, the temperature detecting element 500 of the present embodiment is different from the temperature detecting element 400 of the fourth embodiment in that the thickness of the Ni foil resistance pattern 520 of the base substrate is smaller than the thickness of the peripheral pattern 525 of the base substrate 510. It is configured.
[0078]
When the Ni foil resistance pattern 520 and the peripheral pattern 525 are formed by etching, only the Ni foil resistance pattern 520 is formed to be slightly thinner than the peripheral pattern 525 by etching. On the other hand, the peripheral pattern 525 to be left around the Ni foil resistance pattern 520 is left as it is. Accordingly, when the cover substrate 530 is bonded, the cover substrate 530 is bonded only to the peripheral pattern 525 and is not bonded to the thin Ni foil resistance pattern 520.
[0079]
Thus, when bonding the cover substrate 530, the Ni foil resistance pattern 520 does not receive pressure from the cover substrate 530, and no stress acts on the Ni foil resistance pattern 520. Therefore, the provision of the temperature detecting element 500 of the fifth embodiment makes it possible to provide the temperature sensor 1 with a small output drift over time. Further, since the base substrate 510 and the cover substrate 530 are bonded via the peripheral pattern 525, the Ni foil resistance pattern 520 can be shielded from the external atmosphere, and a temperature sensor having excellent environmental resistance can be obtained.
[0080]
Subsequently, a description will be given of the temperature detecting element 600 of the sixth example of the temperature sensor 1 of the present embodiment. The temperature detecting element 600 according to the present embodiment differs from the temperature detecting elements 100 to 500 described in the first to fifth embodiments in the basic configuration. That is, as shown in FIG. 10, the temperature detecting element 600 of the sixth embodiment is obtained by bonding a Ni foil to an extremely thin zirconia substrate 610 having a width of 0.8 mm, a length of 10 mm, and a thickness of 50 μm. After the foil resistance pattern 620 is formed, a very thin zirconia substrate 640 having a thickness of 50 μm, on which the Ni foil resistance pattern 630 is also formed, is adhered to each other and bonded, and the respective Ni foil resistance patterns 620 and 630 are sandwiched. Have been. Note that zirconia constituting the zirconia substrates 610 and 640 has a linear expansion coefficient similar to that of Ni.
[0081]
That is, the temperature detecting element 600 of the present embodiment is a temperature formed by bonding the zirconia substrates 610 and 630 of the pole list having the Ni foil resistance patterns 620 and 630 formed on the surface thereof with an adhesive so that the Ni foil resistance patterns face each other. It is a detection element. Although a single temperature detecting element is used, the number of sensor units is two, and it is possible to use it as a sensor for temperature control and a sensor for limiting. Further, if the Ni foil resistance patterns 620 and 630 disposed opposite to each other are connected in series, the resistance value is doubled with the same size (for example, 2000Ω when each resistance value is 1000Ω), and the measurement is performed to obtain the same sensitivity. The current can be halved. As a result, the self-heating of the Ni foil resistance patterns 620 and 630 can be halved, and by incorporating such a temperature detecting element 600 into the temperature sensor 1, a temperature sensor capable of performing high-precision temperature measurement with little self-heating can be obtained. be able to.
[0082]
Since the entire Ni foil resistance patterns 620 and 630 are usually covered with a passivation film (protective film), there is no short circuit between the upper and lower Ni foil resistance patterns 620 and 630, which hinders temperature measurement. I will not give it.
[0083]
In the temperature detecting element 600 of the present embodiment, the connection between the Ni foil resistance pattern 620 formed on one zirconia substrate 610 and the Ni foil resistance pattern 630 formed on the other zirconia substrate 630 is as follows. The method can be selected at any time.
(1) Method to connect by pattern of flexible printed circuit board
(2) Method of connecting one of the electrode pads of the zirconia substrate up and down
(3) Connection method at the other end of the zirconia substrate
{Circle around (4)} A method of forming a through-hole in a connection portion of a zirconia substrate, putting solder into the through-hole, melting and connecting the upper and lower zirconia substrates.
Next, a description will be given of the temperature detecting element 700 of the seventh example of the temperature sensor 1 of the present embodiment. The temperature detecting element 700 of the present embodiment has the same basic configuration as the temperature detecting element 600 of the sixth embodiment. However, the temperature detecting element 700 of the present embodiment is different from the temperature detecting element 600 of the sixth embodiment as shown in FIG. 11, in which a Ni foil is bonded to an extremely thin zirconia substrate 710 (740) having a plate thickness of 50 μm. Then, a Ni foil resistance pattern 720 (730) is formed, and a surrounding pattern 725 (735) is formed around the substrate so as to surround the Ni foil resistance pattern 720 (730). The zirconia substrates 710 and 740 thus formed are bonded so that the Ni foil resistance patterns 720 and 730 face each other, and the Ni foil resistance patterns 720 and 730 are sandwiched therebetween. Note that zirconia constituting the zirconia substrates 710 and 740 has a linear expansion coefficient similar to that of Ni.
[0084]
Since two temperature detecting elements are provided similarly to the temperature detecting element 600 of the above-described sixth embodiment, it can be used as a temperature control sensor and a limit sensor. If the Ni foil resistance patterns 720 and 730 are connected in series, the resistance value is doubled with the same size, and the measurement current can be halved to obtain the same sensitivity. As a result, the self-heating of the Ni foil resistance patterns 720 and 730 can be halved, and a temperature sensor with high measurement accuracy can be obtained.
[0085]
In the temperature detecting element 700 according to the seventh example of the present embodiment, in addition to the above-described effects, the peripheral patterns 725 and 735 are formed of Ni foil around the Ni foil resistance patterns 720 and 730 when the Ni foil resistance pattern is manufactured. ing. The zirconia substrates are joined to each other by bonding the peripheral patterns. With this configuration, the peripheral patterns 725 and 735 serve as spacers, and the stress is extremely reduced as compared with the case where the peripheral patterns 725 and 735 are not provided. Further, since the peripheral patterns 725 and 735 are manufactured at the same time as the Ni foil resistance patterns 720 and 730, no special manufacturing steps are added.
[0086]
Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of stress at the time of bonding due to the contact between the Ni foil resistance patterns, which causes the resistance value to drift with time, and to obtain an accurate temperature sensor.
[0087]
Next, a description will be given of the temperature detecting element 800 of the eighth example of the temperature sensor 1 of the present embodiment.
[0088]
The temperature detecting element 800 according to the present embodiment has the same basic configuration as the temperature detecting element 700 according to the seventh embodiment. However, the temperature detecting element 800 according to the present embodiment is different from the temperature detecting element 700 according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 12, the feature is that the peripheral patterns 825 and 835 in the temperature detecting element 800 are thicker than the Ni foil resistance patterns 820 and 830.
[0089]
That is, the Ni foil resistance patterns 820 and 830 are formed to be slightly thinner by etching than the Ni foil at the time of bonding for miniaturization. Further, since the surrounding patterns 825 and 835 maintain their original thickness without being etched, the thickness is slightly larger than the Ni foil resistance patterns 820 and 830.
[0090]
Since the temperature detecting element 800 of this embodiment also has two temperature detecting elements, it can be used as a sensor for temperature control and a sensor for limiting. Further, since the resistance value is doubled, if the Ni foil resistance patterns 820 and 830 are connected in series, the resistance value is doubled with the same size, and the measurement current can be reduced by half to obtain the same sensitivity. And self-heating can be halved.
[0091]
The temperature detecting element 800 of the present embodiment can further reduce the stress at the time of bonding compared to the temperature detecting elements 600 and 700 of the sixth and seventh embodiments. That is, when the upper and lower substrates are bonded, no stress is generated because the Ni foil resistance patterns do not bond to each other. Therefore, a high-precision temperature sensor with little change over time can be obtained.
[0092]
Subsequently, a temperature detection element 900 of a ninth example of the temperature sensor 1 of the present embodiment will be described.
[0093]
The temperature detecting element 900 according to the ninth example of the present embodiment has the same basic configuration as the temperature detecting elements 600 to 800 of the above-described sixth to eighth examples. On the other hand, a configuration unique to the present embodiment is that a rectangular frame-shaped spacer sheet 950 is sandwiched between Ni foil resistance pattern portions 920 and 930 as shown in FIG. Note that the spacer sheet 950 is formed by forming only an insulating portion of the flexible printed circuit board without a conductive pattern in a rectangular frame shape. With this configuration, even when the peripheral patterns 925 and 935 are formed to have the same thickness as the Ni foil resistance patterns 920 and 930, the pressing force from the mating zirconia substrates 940 and 910 is applied to the Ni foil resistance patterns 920 and 930. A stable output can be obtained without generating stress.
[0094]
That is, by interposing a rectangular frame-shaped spacer 950 made of a portion of the flexible printed circuit board having no pattern between the Ni foil resistor patterns as an insulating sheet, short circuit between the Ni foil resistor patterns 920 and 930 due to contact is prevented. . Although a protective film is attached to the Ni foil resistance patterns 920 and 930, since the thickness is extremely small, a short circuit may occur when the temperature detecting element 900 is bent, but the spacer 950 is interposed. Thus, such a problem can be reliably prevented, and a more reliable temperature sensor can be obtained.
[0095]
Next, a description will be given of a temperature detecting element 1000 according to a tenth example of the temperature sensor 1 according to the present embodiment.
[0096]
The temperature detecting element 1000 according to the tenth example of the present embodiment has the same basic configuration as the temperature detecting elements 600 to 900 of the above-described sixth to ninth examples. On the other hand, the configuration unique to the present embodiment is that an insulating sheet 1050 is sandwiched between Ni foil resistance patterns 1020 and 1030 as shown in FIG. Note that the insulating sheet 1050 is obtained by extending a portion of the flexible printed circuit board where there is no pattern long.
[0097]
That is, by interposing a portion of the flexible printed circuit board pattern-free portion between the Ni foil resistance patterns as the insulating sheet 1050, the opposed Ni foil resistance patterns 1020 and 1030 come into contact with each other, similarly to the temperature detection element 900 of the ninth embodiment. To prevent short circuit.
[0098]
The insulating sheet 1050 usually takes out signals from the electrode pad portion using a pattern of a flexible printed board. Since the flexible printed board sheet has a thickness of several tens of μm, by stretching the flexible printed board sheet without a pattern, the insulating part is formed at the same time as the production of the electrode pad part without additional components. As a result, the manufacturing efficiency of the temperature detecting element 1000 is improved.
[0099]
Subsequently, the temperature detecting element 1100 of the eleventh example of the temperature sensor of the present embodiment will be described.
[0100]
As shown in FIG. 15, the temperature detecting element 1100 of this embodiment is obtained by bonding a Ni foil to an extremely thin zirconia substrate 1110, forming a Ni foil resistance pattern 1120 by etching, and then coating the Ni foil resistance pattern surface with a coating resin. (Resin coat) 1130 is applied. Note that zirconia forming the base substrate 1110 has a linear expansion coefficient similar to that of Ni.
[0101]
In markets where temperature sensors are used, there is a need to measure this curved surface temperature of objects with curved surfaces. However, conventional ceramic substrates and glass represented by an alumina substrate cannot be bent in conformity with a curved surface shape, and thus cannot measure the temperature of such a curved surface portion. However, a zirconia substrate having a thickness of about 50 μm to 100 μm is sufficiently flexible and has twice or more the strength as compared with other ceramic materials. Therefore, it is also possible to bend the zirconia substrate of the electrode according to such a curved surface shape. For example, a zirconia substrate having a thickness of 50 μm can be bent into a circle having a diameter of about 20 mm.
[0102]
Therefore, the temperature detecting element 1100 according to the eleventh embodiment has a Ni foil adhered to an extremely thin zirconia substrate 1110 to produce a Ni foil resistance pattern 1120 in order to satisfy the requirements of such a use mode, and to withstand this. It is configured by applying a resin coat 1130 for environmental protection. Since the substrate can be bent as described above for an ultrathin substrate, the temperature of the curved surface can be measured by bringing the temperature detecting element into close contact with a curved surface such as a spherical surface. Further, since the zirconia substrate 1110 is as thin as about 50 μm, the zirconia substrate 1110 can be inserted into a small gap or the like to measure the temperature in the gap. The above-mentioned resin coat 1130 is applied on the surface on which the Ni foil resistance pattern is formed. Instead, after connecting the flexible printed board 10 to the zirconia board 1110, it is dipped to coat the entire zirconia board with the resin coat. May be enclosed.
[0103]
Next, a temperature sensor 2 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the structure equivalent to the temperature sensor 1 concerning the above-mentioned embodiment, the corresponding code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0104]
In the temperature sensor 2 according to the second embodiment of the present invention, the temperature detecting element 1100 according to the eleventh example and the flexible printed circuit board 10 connected to the temperature detecting element 1100 are both housed in the protective tube 80. The feature is that it is done. That is, the temperature sensor 2 is configured such that the temperature detecting element 1100 is put in the protective tube 80 and sealed in the protective tube 80 by potting with an epoxy resin so that it can be used in a liquid. The adhesion of the epoxy resin has very good corrosion resistance in the air, but in water, the bonding portion is usually peeled off and the internal Ni foil is corroded. Therefore, the temperature measurement in water is made possible by using the metal protective tube 80 and enclosing it in it.
[0105]
The temperature detecting element 1100 may be sealed in the protective tube 80 by press-fitting or soldering instead of potting.
[0106]
The protection tube 80 is formed of SUS304, SUS316, or the like, and has a base end portion opened and an elongated small-diameter pipe 81 in which the temperature detecting element 1100 is housed. The protection tube 80 is fitted to the base end portion of the small-diameter pipe 81 and brazed. And a large-diameter pipe 82 joined by welding or the like. The small-diameter pipe 81 has an outer diameter of about 1.0 mm, an inner diameter of about 0.9 mm, and a length of about 30 mm, and incorporates the temperature detecting element 1100 and the flexible printed circuit board 10 therein. The large diameter pipe 82 has an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the metal pipe 60. The rear end opening of the large-diameter pipe 82 is hermetically closed by press-fitting the hermetic seal component 50, and an inert gas or oil is sealed inside. In addition, it is desirable to seal under pressure when enclosing. As the inert gas, argon, nitrogen, dry air or the like is used. In addition, silicone oil or the like is used as the oil. In the present embodiment, an example of the configuration of the protection tube 80 in which the small-diameter pipe 81 and the large-diameter pipe 82 are connected by brazing or welding is shown. A protective tube integrally having a large diameter portion corresponding to the large diameter pipe 82 may be used.
[0107]
With the above configuration, the temperature sensor 2 can be used in a liquid unlike the above-described embodiment.
[0108]
The above-mentioned protective tube 80 of the temperature sensor may be filled with an adhesive such as epoxy resin, ceramic powder or metal powder.
[0109]
Further, in the temperature sensor 2 according to the second embodiment, the temperature detecting element 100 of the first example to the temperature detecting element 1000 of the tenth example are appropriately inserted into the protective tube 80 instead of the temperature detecting element 1100, and the lead wire is provided. 10 may be pulled out and configured.
[0110]
Next, a temperature sensor 3 according to a third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the structure equivalent to the temperature sensor 1 concerning 1st Embodiment, the corresponding code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0111]
The temperature sensor 3 according to the third embodiment of the present invention is equivalent to the temperature detection element 100 of the temperature sensor 1 according to the first embodiment in that the temperature detection element 1200 is exposed to the outside. Instead of providing the flexible printed circuit board 10 in the embodiment, the configuration is different in that a zirconia substrate constituting a temperature detecting element is extended and a lead pattern of Ni foil is formed on the extended portion.
[0112]
That is, as shown in FIG. 18, a Ni foil resistance pattern 1220 for temperature measurement and a Ni foil resistance pattern 1220 which is continuous with the Ni foil resistance pattern 1220 are electrically connected to the base substrate 1210 made of zirconia having a linear expansion coefficient similar to that of Ni. The conductive lead pattern 1230 is formed in series. The base end of the Ni foil resistance pattern 1230 is constrained by the end of the protective tube 20 together with the base substrate 1210, and the lead pattern 1230 is hermetically accommodated in the protective tube 20 together with the base substrate 1210 on which the lead pattern 1230 is formed.
[0113]
A lead pattern 1230 for extracting a signal from the Ni foil resistance pattern 1220 is also formed continuously with the Ni foil resistance pattern 1220 on the same base substrate 1210, so that a lead is formed like the temperature detection elements 100 to 1100 according to another embodiment. The connection work between the flexible substrate on which the pattern is formed and the base substrate on which the Ni foil resistance pattern is formed can be omitted, and the production efficiency can be increased.
[0114]
In the temperature detecting element of the temperature sensor 3 according to the present embodiment, it is possible to use Pt as the Ni foil resistance pattern and use a zirconia substrate having an approximate linear expansion coefficient for both Pt. Use Pt instead of Ni.
[0115]
【The invention's effect】
As described above, the temperature sensor according to claim 1 of the present invention uses a zirconia substrate made of a tough material among ceramics, so that the thickness of the temperature sensor is smaller than that of other ceramic substrates. And the heat capacity of the temperature sensor can be reduced accordingly. Therefore, a responsive temperature measurement can be performed. Further, since zirconia having a linear expansion coefficient close to that of Ni or Pt is used for the zirconia substrate on which the circuit pattern is formed, even if the zirconia substrate itself is thinned, the zirconia substrate and the circuit pattern of the Ni foil or the Pt foil can be used. The substrate itself does not warp due to the difference in linear expansion coefficient. For this reason, since a resistance value as designed can be obtained without generating stress in the circuit pattern of the Ni foil or the Pt foil, accurate temperature measurement can be performed.
[0116]
Further, in the temperature sensor according to the second aspect of the present invention, since the zirconia plate-like substrate has an appropriate flexibility, it is excessively deflected by the flow of gas in the measurement atmosphere, so that the inside of the circuit pattern is formed. There is no change in resistance value due to stress. In addition, when an alternating load is applied from the gas flow, the substrate itself does not break due to the fact that the substrate itself does not bend at all. Therefore, stable temperature measurement can be performed for a long time.
[0117]
Further, in the temperature sensor according to the third aspect of the present invention, even if the substrate on which the circuit pattern is formed is warped, the temperature of the substrate on which the circuit pattern is formed has the same linear expansion coefficient as that of the substrate. By bonding a substrate made of zirconia, the warpage of the substrate can be completely canceled. Therefore, the resistance value of the circuit pattern can be set as designed, and highly accurate temperature measurement can be performed. Further, the circuit pattern can be protected from the external atmosphere to provide a temperature sensor having excellent environmental resistance.
[0118]
In addition, the temperature sensor according to claim 4 of the present invention has environmental resistance by coating the circuit pattern with a resin, so that it is not necessary to cover the substrate itself with a protective tube, and the circuit pattern is formed. The substrate can be exposed directly to the atmosphere to be measured. This enables a more responsive temperature measurement.
[0119]
In the temperature sensor according to claim 5 of the present invention, the lead pattern for extracting a signal from the circuit pattern is also formed continuously with the circuit pattern on the same zirconia substrate, so that the flexible substrate on which the lead pattern is formed can be used. The connection work with the zirconia substrate on which the circuit pattern is formed can be omitted, and the production efficiency can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a temperature sensor according to a first embodiment of the present invention (FIG. 1A) and an enlarged sectional view of an element unit (FIG. 1B).
FIG. 2 is a plan view of a temperature detecting element in the temperature sensor shown in FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a Ni foil resistance pattern of the temperature detecting element shown in FIG.
FIG. 4 is a plan view of a flexible printed circuit board in the temperature sensor shown in FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a modification of the Ni foil resistance pattern shown in FIG. 2;
FIG. 6 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to a second embodiment of the temperature sensor shown in FIG.
FIG. 7 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to a third embodiment of the temperature sensor shown in FIG.
FIG. 8 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to a fourth embodiment of the temperature sensor shown in FIG.
FIG. 9 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to a fifth embodiment of the temperature sensor shown in FIG.
FIG. 10 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to a sixth embodiment of the temperature sensor shown in FIG. 1;
FIG. 11 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to a seventh embodiment of the temperature sensor shown in FIG. 1;
FIG. 12 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to an eighth embodiment of the temperature sensor shown in FIG.
FIG. 13 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to a ninth embodiment of the temperature sensor shown in FIG. 1;
FIG. 14 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to a tenth embodiment of the temperature sensor shown in FIG. 1;
FIG. 15 is an exploded perspective view of a temperature detecting element according to an eleventh embodiment of the temperature sensor shown in FIG. 1;
FIG. 16 is a sectional view of a temperature sensor according to a second embodiment of the present invention (FIG. 16A) and an enlarged sectional view of an element unit (FIG. 16B).
FIG. 17 is a sectional view of a temperature sensor according to a third embodiment of the present invention (FIG. 17A) and an enlarged sectional view of an element unit (FIG. 17B).
18 is a plan view showing a Ni foil resistance pattern of a temperature detecting element in the temperature sensor of FIG.
[Explanation of symbols]
1,2,3 temperature sensor
10. Flexible printed circuit board
11 Body
12 Connection
12a insertion hole
15 (15a-15d) circuit pattern
16 (16a-16d) pad
17 Land
20,80 Protection tube
21 Small diameter pipe
30 External lead wire
31 Solder
32 synthetic resin
50 Hermetic seal parts
51 terminals
52 Metal ring
53 Glass for sealing
60 metal pipe
70 External cable
81 small diameter pipe
82 Large Diameter Pipe
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200 Temperature detecting element
100a proximal end
110, 210, 310, 410, 510, 1210 Base substrate
120, 220, 320, 420, 520, 620, 630, 820, 830, 920, 930, 1020, 1030, 1120, 1220 Ni foil resistance pattern
121 electrode pad
121 (121a-121d) pad part
130, 230, 330, 430, 530 Cover substrate
231a to 231d Electrode extraction hole
425,525 Surrounding pattern
610, 640, 710, 740, 1110 Zirconia substrate
725, 735, 825, 835 Surrounding pattern
950 spacer
1050 Insulation sheet
1130 Coating resin (resin coat)
1230 Lead pattern

Claims (5)

ジルコニアからなる板状の基板と、当該基板の平面上に形成されたＮｉ箔又はＰｔ箔の回路パターンを備えたことを特徴とする温度センサ。A temperature sensor comprising: a plate-like substrate made of zirconia; and a circuit pattern of a Ni foil or a Pt foil formed on a plane of the substrate. 前記ジルコニアからなる板状の基板は、一端を片持ち梁状に水平に支持した場合、他端に外力が作用することで撓む可撓性を有すると共に、当該基板に外力が作用しない場合に他端が自重で垂れ下がることのない自立性を有することを特徴とする、請求項１に記載の温度センサ。When the plate-shaped substrate made of zirconia is horizontally supported at one end in a cantilever shape, it has flexibility to bend when an external force acts on the other end, and when no external force acts on the substrate. 2. The temperature sensor according to claim 1, wherein the other end has self-sustainability such that the other end does not hang down. 前記Ｎｉ箔の回路パターン又はＰｔ箔の回路パターンが形成されたジルコニアからなる板状基板の前記回路パターン形成面に当該基板に対応する大きさを有しかつ当該基板と同等の線膨張係数を備えたジルコニアからなる板状基板を貼り合せたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の温度センサ。The circuit pattern forming surface of the zirconia plate-like substrate on which the Ni foil circuit pattern or the Pt foil circuit pattern is formed has a size corresponding to the substrate and a linear expansion coefficient equivalent to that of the substrate. The temperature sensor according to claim 1, wherein a plate-like substrate made of zirconia is bonded. 前記ジルコニアからなる板状基板のＮｉ箔の回路パターン又はＰｔ箔の回路パターンの形成面を樹脂コーティングしたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の温度センサ。The temperature sensor according to claim 1, wherein a surface of the plate-shaped substrate made of zirconia on which a Ni foil circuit pattern or a Pt foil circuit pattern is formed is resin-coated. 前記ジルコニアからなる板状基板には前記Ｎｉ箔の回路パターン又はＰｔ箔の回路パターンからの信号を取り出すためのリードパターンも一体に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４に記載の温度センサ。The lead pattern for extracting a signal from the circuit pattern of the Ni foil or the circuit pattern of the Pt foil is integrally formed on the plate-shaped substrate made of zirconia. Temperature sensor.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007093379A (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Yamatake Corp Temperature detector
WO2008138887A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Innovative Sensor Technology Ist Ag Resistance thermometer
KR101481960B1 (en) 2014-08-04 2015-01-13 에이에스티엔지니어링(주) Coil-type temperature sensing device
CN104296887A (en) * 2013-07-17 2015-01-21 中微半导体设备(上海)有限公司 Temperature measuring device capable of realizing stable temperature measurement and semiconductor device comprising temperature measuring device
JP6150971B1 (en) * 2017-02-10 2017-06-21 株式会社岡崎製作所 Resistance thermometer sensor and manufacturing method thereof
JP2020529010A (en) * 2017-07-27 2020-10-01 ワトロー エレクトリック マニュファクチュアリング カンパニー Sensor system and integrated heater-sensor for measuring and controlling the performance of the heater system

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007093379A (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Yamatake Corp Temperature detector
WO2008138887A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Innovative Sensor Technology Ist Ag Resistance thermometer
US8106740B2 (en) 2007-05-16 2012-01-31 Innovative Sensor Technology Ist Ag Resistance thermometer
EP3327415A1 (en) * 2007-05-16 2018-05-30 Innovative Sensor Technology IST AG Resistance thermometer
CN104296887A (en) * 2013-07-17 2015-01-21 中微半导体设备(上海)有限公司 Temperature measuring device capable of realizing stable temperature measurement and semiconductor device comprising temperature measuring device
KR101481960B1 (en) 2014-08-04 2015-01-13 에이에스티엔지니어링(주) Coil-type temperature sensing device
JP6150971B1 (en) * 2017-02-10 2017-06-21 株式会社岡崎製作所 Resistance thermometer sensor and manufacturing method thereof
WO2018146787A1 (en) * 2017-02-10 2018-08-16 株式会社岡崎製作所 Resistance temperature sensor and method for fabricating same
JP2020529010A (en) * 2017-07-27 2020-10-01 ワトロー エレクトリック マニュファクチュアリング カンパニー Sensor system and integrated heater-sensor for measuring and controlling the performance of the heater system
US11525744B2 (en) 2017-07-27 2022-12-13 Watlow Electric Manufacturing Company Sensor system and integrated heater-sensor for measuring and controlling performance of a heater system
JP7252194B2 (en) 2017-07-27 2023-04-04 ワトロー エレクトリック マニュファクチュアリング カンパニー Sensor systems and integral heater-sensors for measuring and controlling the performance of heater systems

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